車用汽油機(jī)后處理凈化

1、6.1 概述6.2 三效催化轉(zhuǎn)化器6.3 熱反應(yīng)器和空氣噴射第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化 第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化概述：主要內(nèi)容介紹了車用汽油機(jī)后處理凈化裝置特別是三效催化轉(zhuǎn)化器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.對(duì)三效催化轉(zhuǎn)化器的催化反應(yīng)機(jī)理、性能指標(biāo)和催化劑及其劣化機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)描述. 以改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程為主，對(duì)降低排氣污染起到很大作用，但不同程度地給汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)負(fù)面影響。 隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的日趨嚴(yán)格，改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的難度越來(lái)越大，能統(tǒng)籌兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的發(fā)動(dòng)機(jī)將越來(lái)越復(fù)雜，成本也急劇上升。機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化機(jī)內(nèi)凈化

2、技術(shù)在盡量不影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)，在排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，利用凈化裝置在排氣系統(tǒng)中對(duì)廢氣進(jìn)行處理來(lái)降低最終向大氣環(huán)境排放的污染物。 后處理凈化技術(shù)第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化排氣系統(tǒng) 概述 三效催化轉(zhuǎn)化器是目前應(yīng)用最多的廢氣后處理凈化技術(shù)。第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化一般采用蜂窩結(jié)構(gòu)載體，蜂窩表面有涂層和活性組分，與廢氣的接觸表面積大，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比在理論空燃比附近時(shí)，催化劑可將90%的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸技?0%的氮氧化物同時(shí)凈化。 目前，電子控制汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器已成為國(guó)內(nèi)外汽油車排放控制技術(shù)的主流。三效催化轉(zhuǎn)化器的基本結(jié)構(gòu)三效催化轉(zhuǎn)化器由殼體、墊層和催化劑組成，其中，催化劑

3、包括載體、涂層和活性組分。第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三元催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)請(qǐng)看漂亮動(dòng)畫哦！催化反應(yīng)機(jī)理有催化劑參與的化學(xué)反應(yīng)就稱為催化反應(yīng)。固體催化劑對(duì)氣態(tài)或液態(tài)反應(yīng)物所起的催化作用屬多相催化，車用催化劑就是此類型的催化。 第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化 催化反應(yīng)過程 吸附過程A為吸附質(zhì)分子（CO、HC或NOX） s為活性中心（或催化中心） A(s)為在吸附表面上形成的表面絡(luò)合物 H(s)和O(s)分別為氫原子和氧原子吸附在活性中心形成的表面絡(luò)合物第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三效催化劑上發(fā)生化學(xué)吸附的一般吸附方程式：吸附作用是一種或數(shù)種物質(zhì)的原子、分子或離子附著在另一種物質(zhì)表面上的過程。必要條件：

4、高溫和具備化學(xué)還原劑總量反應(yīng)：NO + CO 0.5N 2 + CO 2NO + H 2 0.5N 2 + H 2 O(2m+0.5n)NO + CmHn (m+0.25n)N 2 + 0.5nH 2 O + mCO 2表面反應(yīng)過程CO氧化反應(yīng)HC氧化反應(yīng)NO還原反應(yīng)總量反應(yīng)：CO + 0.5O 2 CO 2部分CO可通過水煤氣反應(yīng)：CO + H 2 O CO 2 + H 22H 2 + O 2 2H 2 O總量反應(yīng)：CmHn + (m+0.25n)O 2 mCO 2 + 0.5nH 2 O反應(yīng)機(jī)理第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三種反應(yīng)脫附過程B(s) B + sH(s) + H(s) H2 +

5、 s + sO(s) + O(s) O2 + s + sB為反應(yīng)產(chǎn)物分子s為活性中心（或催化中心）B(s)為在吸附在催化劑上形成的表面絡(luò)合物脫附：表面反應(yīng)完成后，生成的反應(yīng)分子從催化劑表面的活性中心脫離出來(lái)，為表面反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行空出活性位，這個(gè)過程稱為脫附。脫附方程式第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三效催化劑三效催化劑是三效催化轉(zhuǎn)化器的核心部分，它決定了三效催化轉(zhuǎn)化器的主要性能指標(biāo)。催化劑涂覆示意圖蜂窩狀整體式載體：排氣阻力小、機(jī)械強(qiáng)度大、熱穩(wěn)定性好和耐沖擊。其基質(zhì)有兩大類，陶瓷和金屬。第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化 蜂窩陶瓷載體：本身比表面積很小，常在其壁上涂覆一層多孔性物質(zhì)，以提高載體的比表面積

6、。蜂窩金屬載體：涂底層的方法并不適用，通常采用刻蝕和氧化的方法在金屬表面形成一層氧化物，在此氧化物表面上浸漬具有催化活性的物質(zhì)。 活性組分載體涂層活性組分第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化銠Rh催化氮氧化物還原反應(yīng)的主要成分鉑Pt主要起催化一氧化碳和碳?xì)浠衔镅趸磻?yīng)的作用鈀Pd催化一氧化碳和碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng)助催化劑（鈰、鑭等稀土元素）本身沒有活性或活性很小，但能提高活性組分的性能活性、選擇性和穩(wěn)定性三效催化劑劣化機(jī)理第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化熱失活在850以上的高溫中，涂層組織發(fā)生相變、載體燒熔塌陷、貴金屬間發(fā)生反應(yīng)、貴金屬氧化及其氧化物與載體發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致比表面積急劇減小、活性降低化學(xué)中毒

7、一些毒性化學(xué)物質(zhì)吸附在催化劑表面的活性中心不易脫附，導(dǎo)致尾氣不能接近催化劑，使催化轉(zhuǎn)化器對(duì)有害排放物的轉(zhuǎn)化效率降低機(jī)械損傷催化劑及其載體在受到外界激勵(lì)負(fù)荷的沖擊、振動(dòng)乃至共振作用，產(chǎn)生磨損甚至破碎催化劑結(jié)焦簡(jiǎn)單的物理遮蓋現(xiàn)象：發(fā)動(dòng)機(jī)不正常燃燒產(chǎn)生的碳煙沉積在催化劑上，導(dǎo)致催化劑被沉積物覆蓋和堵塞，不能發(fā)揮其應(yīng)有作用三效催化轉(zhuǎn)化器的性能指標(biāo)第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化性能指標(biāo)轉(zhuǎn)化效率空燃比特性起燃特性空速特性排氣流動(dòng)阻力流動(dòng)特性轉(zhuǎn)化效率第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化(i)排氣污染物i在催化器中的轉(zhuǎn)化效率； 排氣污染物i在催化器進(jìn)口處的濃度或體積分?jǐn)?shù)； 排污染物i在催化器出口處的濃度或體積分?jǐn)?shù)。轉(zhuǎn)化

8、效率的計(jì)算公式空燃比特性轉(zhuǎn)化效率隨或a的變化稱為催化器的空燃比特性或 的 第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化起燃特性 圖6-7 三效催化劑的起然溫度特性催化劑只有達(dá)到一定溫度才能開始工作，稱為起燃。第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化起燃溫度t50:轉(zhuǎn)化效率達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度主要取決于催化劑配方在很大程度上取決于催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)熱容量、絕熱程度、流動(dòng)傳熱傳質(zhì)過程起燃時(shí)間:達(dá)到50%轉(zhuǎn)化效率所需要的時(shí)間空速特性空速的大小表示了反應(yīng)氣體在催化劑中的停留時(shí)間(tr)：空速(SV)：SV=qv / VcatVcat=(0.51)Vstmpm =(1.02.0) Vcat貴金屬用量mpm：tr =/sV第6章 車

9、用汽油機(jī)后處理凈化我們來(lái)了解空速特性！流動(dòng)特性對(duì)擴(kuò)張管的形狀、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是改善催化轉(zhuǎn)化器流動(dòng)均勻性的一種有效方法。第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三效催化轉(zhuǎn)化器工作過程模擬CO + 0.5O2 CO2C3H6 + 4.5O2 3CO2 + 3H2OCH4 + 2O2 CO2 + 2H2OCO + NO CO2 + 0.5N2H2 + 0.5O2 H2O工作過程動(dòng)畫第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三效催化轉(zhuǎn)化器工作過程催化轉(zhuǎn)化器工作過程的原理圖蜂窩載體簡(jiǎn)化成軸對(duì)稱的二維模型： ： 溫度低時(shí)，總體的催化反應(yīng)速度幾乎完全取決于化學(xué)反應(yīng)速度；溫度高時(shí)，總體催化反應(yīng)速度幾乎完全取決于傳質(zhì)速率?？傮w反應(yīng)速率

10、第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三效催化轉(zhuǎn)化器的匹配第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化三效催化器與電控燃油噴射系統(tǒng)的匹配第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化冷起動(dòng)階段較小的空燃比較小的點(diǎn)火提前角較高的暖機(jī)轉(zhuǎn)速怠速工況空燃比控制在化學(xué)計(jì)量比附近較小的點(diǎn)火提前角較高的怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)工況中小負(fù)荷大負(fù)荷:空燃比加濃，并兼顧利用加濃的空燃比來(lái)降低排溫加減速等過渡工況兼顧良好的過渡性能和排放性能三效催化器與排氣系統(tǒng)的匹配第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化排氣系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響主要通過壓力波對(duì)排氣干擾產(chǎn)生。催化器的安裝位置顯著影響排氣系統(tǒng)波動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。采用催化器時(shí)必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，主要考慮排氣總管和排氣歧管的尺寸以及配氣相位。排氣系統(tǒng)如何匹配催化器與燃料及潤(rùn)滑油的匹配催化器與燃料及潤(rùn)滑油的匹配催化器與排放法規(guī)之間也應(yīng)有合理的對(duì)應(yīng)關(guān)系選用抗中毒劣化性好的催化劑。催化器性能越好，貴金屬含量越高，成本越高，應(yīng)更注重催化器性能恰好滿足當(dāng)時(shí)排放法規(guī)。第6章 車用汽油機(jī)后處理凈化熱反應(yīng)器熱反應(yīng)器作用是使尾氣中未燃的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚跓岱磻?yīng)器中保持高溫，使之得到充分氧化從而降低其排放量。 1-外筒；2-內(nèi)孔；3-殼體； 4-排氣口；5-空氣噴射孔圖6-12 熱反應(yīng)器1-外筒；2-內(nèi)孔；3-殼體；4-排氣口；5-空