機(jī)動車尾氣污染與防治

1、機(jī)動車尾氣污染與防治機(jī)動車尾氣污染與防治2機(jī)動車及其尾氣污染概述機(jī)動車及其尾氣污染概述機(jī)動車尾氣污染物的形成機(jī)理機(jī)動車尾氣污染物的形成機(jī)理機(jī)動車尾氣凈化技術(shù)機(jī)動車尾氣凈化技術(shù)機(jī)動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及油品標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及油品標(biāo)準(zhǔn)目錄目錄31 1 機(jī)動車及其尾氣污染概述機(jī)動車及其尾氣污染概述1.1 機(jī)動車定義及其分類 機(jī)動車是由動力裝置驅(qū)動或牽引、在道路上行駛的、供乘用或（和）運(yùn)送物品或進(jìn)行專項(xiàng)作業(yè)的輪式車輛，包括大型汽車、小型汽車、 專用汽車、 特種車、 有軌電車、無軌電車、電瓶車、 三輪摩托車、二輪摩托車、輕便摩托車、四輪農(nóng)用運(yùn)輸車、三輪農(nóng)用運(yùn)輸車、大型方向盤式拖拉機(jī)、小型方向盤式拖拉

2、機(jī)、手扶拖拉機(jī)等。451.2 我國機(jī)動車保有量情況 根據(jù)公安部交管局的數(shù)據(jù)，截至2014年年底，我國機(jī)動車保有量達(dá)2.64億輛，其中汽車1.54億輛；機(jī)動車駕駛?cè)送黄?億人，其中汽車駕駛?cè)顺^2.46億人。 近5年，汽車占機(jī)動車的比例迅速提高，從43.88提高到58.62，群眾機(jī)動化出行方式經(jīng)歷了從摩托車到汽車的轉(zhuǎn)變。全國有35個城市的汽車保有量超百萬輛，北京、成都、深圳、天津、上海、蘇州、重慶、廣州、杭州、鄭州10個城市超過200萬輛。67891.3 機(jī)動車尾氣污染101.3.1 機(jī)動車尾氣主要污染物汽油機(jī)：CO、NOx和HC柴油機(jī)：NOx和顆粒物（黑煙）111.3.2 機(jī)動車尾氣污染物的危

3、害固體懸浮顆粒固體懸浮顆粒CO無色無味劇毒氣體，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，削弱血液向各組織輸送氧的功能，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。NOx主要是指一氧化氮、二氧化氮。對呼吸系統(tǒng)有害；是城市光化學(xué)煙霧的主要前體物；可在空中與水蒸氣結(jié)合形成硝酸液滴，形成酸雨。HC屬揮發(fā)性有機(jī)化合物。易在太陽光照射下形成光化學(xué)煙霧，在一定濃度下對植物和動物有直接危害，對人體也有致癌作用。鉛及硫化物鉛及硫化物隨呼吸進(jìn)入人體肺部，引起呼吸系統(tǒng)疾??；直接接觸皮膚和眼睛，引起皮膚炎和眼結(jié)膜炎；累積到臨界濃度會引發(fā)惡性腫瘤。鉛是有毒的重金屬元素，人體中鉛含量超標(biāo)可引發(fā)心血管系統(tǒng)疾??；硫化物(主要指二氧化硫等)進(jìn)入大氣層后氧化成

4、硫酸,在空中形成酸雨。122 2 機(jī)動車尾氣污染物的形成機(jī)理機(jī)動車尾氣污染物的形成機(jī)理 2.1 尾氣中污染物的產(chǎn)生 發(fā)動機(jī)是能量轉(zhuǎn)換器和動力發(fā)生源，其作用是把燃料中貯藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，提供人們想得到的機(jī)械能。在燃料燃燒轉(zhuǎn)換過程中，以空氣作為氧化劑，在尾氣中除了兩種最終氧化物(CO2和H2O)外，還有CO、未燃盡的碳?xì)浠衔?HkCi)以及高溫燃燒時產(chǎn)生的NOx等有害氣體。燃油在汽缸里燃燒的機(jī)理，可粗略地用如下反應(yīng)式表達(dá)：13v 發(fā)動機(jī) 四沖程發(fā)動機(jī)是最常見的一種，屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。汽油和柴油都是石油制品，是汽車發(fā)動機(jī)的傳統(tǒng)燃料。非石油燃料稱作代用燃料。燃用代用燃料的發(fā)動機(jī)稱作代用燃料發(fā)

5、動機(jī)，如乙醇發(fā)動機(jī)、氫氣發(fā)動機(jī)、甲醇發(fā)動機(jī)等。 汽油機(jī)柴油機(jī)氣體燃料發(fā)動機(jī)四沖程發(fā)動機(jī)以汽油為以汽油為燃料燃料以天然氣、液化石油氣和其他氣體為燃料以柴油為以柴油為燃料燃料14v 四沖程汽油機(jī)工作原理 汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復(fù)直線運(yùn)動，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。 四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做沖功程和排氣沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。 1516（1）進(jìn)氣行程（intake stroke)活塞在曲軸的帶動下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動

6、180。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力降低，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340400K。 （2）壓縮行程（compression stroke)壓縮行程時，進(jìn)、排氣門同時關(guān)閉?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸轉(zhuǎn)動180?；钊弦茣r，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時，其壓力可達(dá)8002000kPa，溫度達(dá)600750K。17（3）做功行程（power st

7、roke)當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力達(dá)30006000kPa，溫度達(dá)22002800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊麖纳现裹c(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，在做功行程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180。 （4）排氣行程（exhaust stroke) 排氣行程時，排氣門開啟，進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸轉(zhuǎn)動180。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣 。由于排氣

8、系統(tǒng)的阻力作用。排氣終點(diǎn)溫度為9001100K?；钊\(yùn)動到上止點(diǎn)時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。1819v 汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)燃燒方式區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn) 二者工作循環(huán)同樣有進(jìn)氣，壓縮，燃燒（工作），排氣四個過程。（1）汽油機(jī)在進(jìn)氣道，進(jìn)入汽缸內(nèi)的氣體是有一定比例的汽油和空氣（稱做可燃混合氣）；柴油機(jī)在進(jìn)氣道，進(jìn)入汽缸內(nèi)的氣體是純凈的空氣。（2） 壓縮過程，汽油機(jī)與柴油機(jī)是沒有區(qū)別的，只是被壓縮的氣體成分不同。（3） 燃燒過程，汽油機(jī)與柴油機(jī)的區(qū)別較大。 汽油經(jīng)壓縮后給一個高壓的電火花就能將其點(diǎn)燃，燃燒的速度比柴油快；柴油本身物質(zhì)密度較大，要在高溫和高壓的條件下才能

9、自行燃燒，經(jīng)壓縮后的純凈空氣正好滿足了這個條件，這時即刻向汽缸噴入高壓油使其燃燒。柴油的熱值比汽油高，產(chǎn)生的動力比汽油機(jī)大。20 優(yōu)缺點(diǎn)柴油機(jī) 汽油機(jī)21v 不同工況下汽油機(jī)、柴油機(jī)污染物排放情況222.1 主要污染物的產(chǎn)生機(jī)理2.1.1 一氧化碳（CO）的形成 CO是燃料中碳?xì)洳煌耆紵漠a(chǎn)物。決定CO排放的主要因素是空燃比、空氣和燃料的混合程度等。（1）過?？諝庀禂?shù)1時，理論上不應(yīng)有CO產(chǎn)生，但由于混合不均勻造成局部燃燒不完全產(chǎn)生CO。CO2和H2O高溫吸熱發(fā)生熱裂解反應(yīng)生成CO。23v 空燃比（A/F） 可燃混合氣中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比為空燃比（A：air-空氣，F(xiàn)：fuel-燃料），

10、一般用每克燃料燃燒時所消耗的空氣的克數(shù)來表示。 各種燃料的理論空燃比是不相同的：汽油為14.7，柴油為14.3。 空燃比大于理論值的混合氣叫做稀混合氣，氣多油少，燃燒完全，油耗低，污染小，但功率較小?？杖急刃∮诶碚撝档幕旌蠚饨凶鰸饣旌蠚猓瑲馍儆投?，功率較大，但燃燒不完全，油耗高，污染大。v 過剩空氣系數(shù) 在理想條件下燃料完全燃燒時所必需的最少空氣量稱理論燃燒空氣量，在實(shí)際條件下燃料完全燃燒或不完全燃燒所需的空氣量是實(shí)際燃燒空氣量。 過?？諝庀禂?shù)= 實(shí)際燃燒空氣量/理論燃燒空氣量242.1.2 碳?xì)浠衔铮℉C）的形成 汽車排放的HC約有100200種成分，包括芳香烴、烯烴、烷烴、和醛類。它們來

11、自未燃的燃油和潤滑油。（1）不完全燃燒：2100）條件下氧化生成NOx。機(jī)理為鏈反應(yīng)機(jī)制： O2O+O（極快）O+N2NO+N（極快）N+O2NO+O（極快）2NO+O22NO2（慢）272.1.4 顆粒物及碳煙的形成顆粒物的成分：直徑大約在0.110m范圍內(nèi)。柴油機(jī)微粒有三部分組成：干碳煙、可溶性有機(jī)物(SOF)和硫酸鹽。生成機(jī)理 碳煙是烴類燃料在高溫缺氧條件下裂解而形成的。當(dāng)燃油噴射到高溫的空氣中時，輕質(zhì)烴很快汽化，而重質(zhì)烴會以液態(tài)暫時存在。 小的重質(zhì)烴液滴在高溫缺氧條件下，直接脫氫碳化，成為焦炭狀的液相析出型碳粒，粒度一般比較大。而氣化了的輕質(zhì)烴，經(jīng)過一系列復(fù)雜途徑，產(chǎn)生氣相析出型碳粒，

12、粒度相對較小。 重餾分的未燃烴、硫酸鹽以及水分等在炭粒上吸附在碳粒上，形成顆粒物排放。2829 曲軸箱是容納汽車曲軸的空腔結(jié)構(gòu)，對于常見的發(fā)動機(jī)來說，就在發(fā)動機(jī)的下部。曲軸是一個帶有曲柄的軸，在發(fā)動機(jī)工作的時候會繞著軸心轉(zhuǎn)動。曲軸與連桿相連，通過連桿的作用將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成自身的轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動車輛。 化油器（carburetor）是在發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的真空作用下，將一定比例的汽油與空氣混合的機(jī)械裝置?；推髟谄嚒⒏邫n摩托車上已經(jīng)被電噴技術(shù)取代，但在中低端摩托車和通用發(fā)動機(jī)等設(shè)備上應(yīng)用依然廣泛。30 2015年6月北京日報(bào)訊：京津冀及周邊地區(qū)機(jī)動車保有量為6000萬輛左右，機(jī)動車排放污染物已

13、成為區(qū)域大氣污染物中PM2.5的重要來源。研究表明，北京市機(jī)動車排放的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锓謩e占到這幾類大氣污染物排放總量的86%、32%和56%，而PM2.5來源中機(jī)動車占本地排放源的31.1%。另外，天津、石家莊PM2.5來源中，機(jī)動車也已分別占本地排放源的20%和15%。因此機(jī)動車污染治理已經(jīng)成為區(qū)域內(nèi)共同的大氣污染防治重點(diǎn)。 國家環(huán)保部的報(bào)道顯示，部分城市中機(jī)動車尾氣的污染物對大氣污染指標(biāo)貢獻(xiàn)率超過60%313 3 機(jī)動車尾氣凈化技術(shù)機(jī)動車尾氣凈化技術(shù) 所謂機(jī)動車尾氣凈化就是采取種種有效措施，減少污染物的排放或使排放廢氣中CO、HC、NOx等污染物，分別被氧化或還原，生成無毒

14、的CO2、H2O 和N2。為了減少汽車尾氣排放，采取的途徑主要有兩種。 一是在不改變?nèi)剂戏N類的情況下采用清潔燃燒技術(shù)（即機(jī)內(nèi)凈化）與尾氣凈化技術(shù)（即機(jī)外凈化）。 二是提高燃油品質(zhì)及利用綠色環(huán)保燃料來減少汽車尾氣中有害物的排放。323.1 3.1 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要是提高燃料質(zhì)量和改善燃料在發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃燒條件，盡可能地減少污染物的生成， 其措施有：改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)，改進(jìn)供油系統(tǒng)，改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)，改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)等，使燃油燃燒更充分。 目前已運(yùn)用的機(jī)內(nèi)凈化方法主要有：延遲點(diǎn)火法，廢氣再循環(huán)裝置（EGR），增壓中冷技術(shù)，電控燃油噴射技術(shù)，低溫等離子體技術(shù)等。333.1.1 3.1.1

15、 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGREGR）裝置）裝置 廢氣再循環(huán)（EGR）的設(shè)計(jì)思想就是從發(fā)動機(jī)排氣中，引回部分廢氣與新鮮空氣共同進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)參與燃燒，既能降低汽缸內(nèi)的燃燒溫度，又可有效控制高溫富氧條件下NOx的生成，從而大大降低發(fā)動機(jī)廢氣中NOx含量。34EGR發(fā)動機(jī)工作原理圖A、空氣濾清器 B、中冷器 C、進(jìn)氣歧管D、EGR冷卻器 E、EGR峰值單向閥 F、EGR控制閥353.1.2 3.1.2 低溫等離子體（低溫等離子體（NTPNTP）技術(shù)）技術(shù) 低溫等離子技術(shù)，主要是將空氣在送入內(nèi)燃機(jī)燃燒室之前等離子化，使空氣中含有充足的原子氧和臭氧及其他激發(fā)態(tài)氧，從而大大提高燃料的燃燒速率；同時使

16、等離子化空氣中的氧粒子比其中性的氧分子反應(yīng)能力強(qiáng)，這樣可以使HC，CO 得充分氧化， 從而大大減少有害氣體的生成，這樣不僅可以節(jié)約能量，且在一定程度上能降低污染物的排放量。36 等離子體被稱作是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第4種物質(zhì)存在形態(tài)，是電子、離子、原子、分子、自由基等粒子組成的集合體。等離子體可分為高溫等離子體和低溫等離子體（NTP）。 低溫等離子體的高速電子通過碰撞作用將其在電場中獲得的能量傳遞給周圍的原子或分子，使其激發(fā)離解或產(chǎn)生活性基團(tuán)。在廢氣處理方面， 低溫等離子體通常利用輝光放電、電暈放電、沿面放電或介質(zhì)阻擋放電（也稱為無聲放電）產(chǎn)生。而介質(zhì)阻擋放電是一種靈活可靠的低溫等離子體放

17、電方式。37 低溫等離子體發(fā)生器通過復(fù)合高壓電極連接變壓變頻等離子體電源和低壓電極接地來產(chǎn)生低溫等離子體放電。采用管狀金屬棒作為低壓電極，由進(jìn)氣口進(jìn)入低溫等離子體發(fā)生器內(nèi)的氣體經(jīng)過低溫等離子放電氣相區(qū)后可以從這些管子里排出。排氣口上設(shè)置有安放催化劑的催化腔，該種結(jié)構(gòu)在放電過程中會產(chǎn)生大量活性自由基團(tuán)與柴油機(jī)有害排氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)了去除柴油機(jī)有害氣體排放的效果。38 空氣經(jīng)過低溫等離子體作用后，產(chǎn)生一系列氧化性極強(qiáng)的OH、HO2、O、O3等強(qiáng)氧化物質(zhì)，這些物質(zhì)在排氣中的基本反應(yīng)過程如下： 由以上反應(yīng)過程可知，等離子體可以利用放電產(chǎn)生的自由基等強(qiáng)氧化物質(zhì)氧化PM（微粒，碳煙）與碳?xì)浠衔?，而?/p>

18、于NOx，可以把其主要成分NO氧化為NO2，然后將NO2還原成對環(huán)境無污染的N2。393.1.3 3.1.3 低排放燃燒技術(shù)低排放燃燒技術(shù)（1）發(fā)動機(jī)均質(zhì)充量壓縮著火（HCCI）燃燒 是將燃料、空氣及再循環(huán)燃燒產(chǎn)物所形成的預(yù)混合氣被活塞壓縮，自燃、著火、做功的過程。 HCCI發(fā)動機(jī)和傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機(jī)一樣，都是向汽缸里面注入比例非常均勻的空氣和燃料混合氣。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機(jī)通過火花塞打火，點(diǎn)燃空氣和燃料混合氣產(chǎn)生能量。但HCCI發(fā)動機(jī)則不同，它的點(diǎn)火過程同柴油發(fā)動機(jī)相類似，通過活塞壓縮混合氣使之溫度升高至一定程度時自行燃燒。 隨著壓縮過程的進(jìn)行，氣缸內(nèi)的溫度和壓力不斷升高，已混合均勻或基本混合均勻

19、的可燃混合氣多點(diǎn)同時達(dá)到自燃條件，使燃燒在多點(diǎn)同時發(fā)生，燃燒反應(yīng)迅速，燃燒溫度低且分布較均勻，因而，只生成極少的NOx和微粒（PM）。40v特點(diǎn)超低的NOx和PM排放燃燒熱效率高HCCI燃燒過程主要受燃燒化學(xué)動力學(xué)控制HCCI發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍較窄，HCCI發(fā)動機(jī)燃燒受到失火（混合氣過?。┖捅迹ɑ旌蠚膺^濃）的限制，使發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍變窄。對于高十六烷值燃料，由于HCCI發(fā)動機(jī)燃燒非常迅速，在高負(fù)荷工況下（混合氣濃度大）易發(fā)生爆震；對于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃燒為稀薄燃燒，發(fā)動機(jī)在小負(fù)荷工況下容易失火。HCCI發(fā)動機(jī)HC、CO排放偏高。這主要是由于HCCI燃燒通常采用較稀的混合氣和較強(qiáng)的EGR

20、，因缸內(nèi)溫度較低造成的。41（2）直噴稀薄燃燒 直噴式發(fā)動機(jī)（GDI）采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。423.2 3.2 機(jī)外凈化技術(shù)機(jī)外凈化技術(shù) 機(jī)內(nèi)凈化只能減少有害氣體的生成量，不能除去已生成的有害氣體，因此凈化效率不高。通常人們更關(guān)注的是機(jī)外凈化技術(shù)。催化凈化是目前研究與應(yīng)用最多的機(jī)外凈化方式。 機(jī)外凈化是指利用發(fā)動機(jī)外凈化反應(yīng)裝置，在尾氣排出氣缸進(jìn)入大氣之前， 將CO，HC 和NOx轉(zhuǎn)化為無害氣體的過程，可通過安裝熱反應(yīng)器，一次反應(yīng)器，催化轉(zhuǎn)化器等裝置以對排出的氣體進(jìn)行一次處理或凈化。v 汽油機(jī)催化凈化技術(shù)：氧化催化凈化技術(shù)、還原催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、三元催化技術(shù)

21、。v柴油機(jī)催化凈化技術(shù)：NOx的還原催化技術(shù)、氧化催化技術(shù)、顆粒物的凈化技術(shù)、四效催化凈化技術(shù)。433.2.1 3.2.1 汽油機(jī)催化凈化技術(shù)汽油機(jī)催化凈化技術(shù)（1）氧化催化凈化技術(shù)44（2）還原催化轉(zhuǎn)化技術(shù)45（3）三元催化技術(shù) 是指將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮?dú)狻Ｓ捎谶@種催化器可同時將廢氣中的三種主要有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，故稱三元， 該催化技術(shù)主要是用三元催化器。46 結(jié)構(gòu)：三元催化反應(yīng)器類似消聲器。它的外面用雙層不銹薄鋼板制成筒形。在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料-石棉纖維氈。內(nèi)部在網(wǎng)狀隔板中間裝有凈化劑。 凈化劑：凈化劑由載體

22、和催化劑組成。載體一般由三氧化二鋁制成，其形狀有球形、多棱體形和網(wǎng)狀隔板等。凈化劑實(shí)際上是起催化作用的，也稱為催化劑。催化劑用的是金屬鉑、銠、鈀。將其中一種噴涂在載體上，就構(gòu)成了凈化劑。 47發(fā)動機(jī)通過排氣管排氣時，CO、HC、和NOx三種氣體通過三元催化反應(yīng)器中的凈化劑時，增強(qiáng)了三種氣體的活性，進(jìn)行氧化-還原化學(xué)反應(yīng)。其中CO在高溫下氧化成無色、無毒的二氧化碳（CO2）氣體。HC化合物在高溫下氧化成H2O和CO2。NOx還原成N2和O2。三種有害氣體變成無害氣體，使排氣得以凈化。氧化反應(yīng)： HC + O2 CO2 + H2O CO + O2 CO2還原反應(yīng)： NOx + CO N2 + CO

23、2 NOx N2 + O248 2 濃度較低時(即富油燃燒), 氧化反應(yīng)不能充分進(jìn)行, 但還原反應(yīng)充分; 當(dāng)2 濃度較高時(即貧油燃燒 ), 還原反應(yīng)不能充分進(jìn)行。 因?yàn)檠鯕獾难趸暂^NO 要強(qiáng), 先與作為還原劑的C、HC反應(yīng), 使得NO的轉(zhuǎn)化率大大降低。 因此, 三效催化轉(zhuǎn)化器對空燃比有一定的要求, 只能在發(fā)動機(jī)非常接近于理論空燃比的狹窗范圍內(nèi)工作時才具有較高的凈化效率。49（1）NOx的還原催化技術(shù)NOx 凈化技術(shù)方案有: 氨類選擇性催化還原NOx( NH3-SCR)、碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原NOx( HC-SCR)、NOx儲存-還原催化凈化技術(shù)。3.2.1 柴油機(jī)催化凈化技術(shù)50v 氨類

24、選擇性催化還原NOx( NH3-SCR) NOx 的NH3-SCR 技術(shù)始于 20 世紀(jì)70 年代，國外已廣泛應(yīng)用于固定源煙氣脫硝，它的原理是利用V2O5/TiO2 催化劑,在氧氣大大過量的條件下讓NH3 選擇性地還原NOx 到N2。NH3-SCR被視為最有希望實(shí)際應(yīng)用于重型柴油機(jī)尾氣NOx 凈化的技術(shù)之一。 考慮到氨的強(qiáng)刺激性與毒性為公眾難以接受,氨的堿性對設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性，研究者們傾向于以尿素( 32.5% 的尿素水溶液) 代替氨選擇性催化還原柴油機(jī)尾氣中的氮氧化物( Urea -SCR)。51v 碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原NOx( HC-SCR) NOx 的HC-SCR技術(shù)始于20 世紀(jì)

25、90 年代，是當(dāng)今NOx 催化凈化的研究熱點(diǎn)之一。其原理和NOx的NH3-SCR 技術(shù)類似，在催化劑的作用下HC選擇性地將NOx 還原成N2。眾多的催化劑均能催化HC選擇性還原NOx，其中，銀/氧化鋁乙醇的組合體系活性最佳，同時具備了良好的抗水耐硫性能，是最具應(yīng)用前景的消除重型柴油機(jī)尾氣NOx 的技術(shù)方案之一。52vNOx儲存-還原催化凈化技術(shù)(NSR) 是最有前景的稀燃氮氧化物消除技術(shù)。 NSR技術(shù)是由日本豐田汽車公司首先提出來的在稀燃條件下消除NOx的一種方法，稀燃汽油機(jī)在稀燃和富燃條件下交替運(yùn)行，首先經(jīng)過幾十秒的稀燃模式，這個階段氧氣大量過剩，NOx以硝酸鹽或亞硝酸鹽的形式儲存在催化劑的

26、儲存組分中，隨后快速轉(zhuǎn)換至幾秒的富燃模式，這個階段還原劑過量，在富燃階段儲存的NO。釋放出來，并在氧化組分表面被還原成無害的N2，這樣循環(huán)往復(fù)交替進(jìn)行。 貴金屬是NSR催化劑的氧化還原活性中心，在稀燃階段的儲存過程中，它起氧化作用，將NO氧化為NO2，在富燃階段的還原階段將脫附的NOx還原為無害的N2。PtBaAl2O3是最早開發(fā)的NSR催化劑，活性組分是Pt，儲存組分是堿金屬Ba，載體是Al2O3。隨著研究的逐步深入，活性組分增加了Pd和Ag等，儲存組分增加了K、Li、Na等多種堿土金屬和堿金屬，載體增加了SiO2、CeO2以及二元或三元的復(fù)合金屬氧化物等。 除此之外，還有鈣鈦礦型NSR催化

27、劑。53（2）氧化催化技術(shù)（氧化催化劑DOC）54（3）顆粒物的凈化技術(shù) 通過使用顆粒物捕集器（DPF）實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)尾氣中顆粒物的去除。捕集器內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu), 其兩端一邊是敞開, 一邊是堵塞的通道壁, 廢氣從敞開的一端進(jìn)入, 穿越多孔的蜂窩壁, 然后從相鄰的通道排出。大部分微粒由于體積過大而無法穿越壁孔, 因而被吸附在通道壁上而不會排放到空氣中。55（4）四效催化凈化技術(shù) 目前，武漢理工大學(xué)的博士研究了低溫等離子體技術(shù)和氧化催化技術(shù)的集成技術(shù)以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)尾氣污染物的四效催化轉(zhuǎn)化。5657壓縮壓縮天然氣、液化石油天然氣、液化石油氣是汽車燃料的理想替氣是汽車燃料的理想替代物。它們在發(fā)動機(jī)內(nèi)代物。它們在發(fā)