電控發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)

電控發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)現(xiàn)在是1頁\一共有62頁\編輯于星期日可變進(jìn)排氣系統(tǒng)

為了提高充量系數(shù)，除采用多氣門外，各種可變參數(shù)進(jìn)排氣系統(tǒng)也開始應(yīng)用。

1.可變進(jìn)氣系統(tǒng)氣體介質(zhì)中局部壓力的變化會(huì)以壓力波形式傳播，壓力波受擾動(dòng)時(shí)會(huì)反射擾動(dòng)波。選擇合適長度的進(jìn)氣管使反射波在進(jìn)氣門關(guān)閉前到達(dá)進(jìn)氣門可進(jìn)氣慣性增壓，提高進(jìn)氣量，稱之為波動(dòng)充氣。圖4-30給出進(jìn)氣管長L對(duì)充量系數(shù)Φc（實(shí)際進(jìn)氣質(zhì)量與理論進(jìn)氣質(zhì)量之比）的影響，由圖知，長度一定的進(jìn)氣管只能在某一轉(zhuǎn)速區(qū)域得到最佳Φc?，F(xiàn)在是2頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-30進(jìn)氣管長度對(duì)充量系數(shù)的影響現(xiàn)在是3頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-31可變進(jìn)氣管長度示例1-節(jié)氣門2-噴油器3-轉(zhuǎn)換閥4-副進(jìn)氣管5-主進(jìn)氣管6-總管現(xiàn)在是4頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-32奧迪V6發(fā)動(dòng)機(jī)的可變長度進(jìn)氣管現(xiàn)在是5頁\一共有62頁\編輯于星期日

隨著汽車電控技術(shù)的發(fā)展,可變長度的進(jìn)氣管成為可能（如圖4-31、32），它由長短不同的主進(jìn)、副進(jìn)氣管組成。中低速運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉,由較長的副進(jìn)氣管進(jìn)氣；而高速運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換閥開啟,由主副兩個(gè)進(jìn)氣管同時(shí)進(jìn)氣，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)在高、中、低速都能得到高充量系數(shù)。以上例子可看作是分級(jí)（2段）可變進(jìn)氣系統(tǒng),也可設(shè)計(jì)成多級(jí)或無級(jí)可變進(jìn)氣系統(tǒng)（如圖4-33），以使進(jìn)氣系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下都處于最佳管長，但結(jié)構(gòu)和控制將變得復(fù)雜?，F(xiàn)在是6頁\一共有62頁\編輯于星期日現(xiàn)在是7頁\一共有62頁\編輯于星期日現(xiàn)在是8頁\一共有62頁\編輯于星期日現(xiàn)在是9頁\一共有62頁\編輯于星期日現(xiàn)在是10頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-33進(jìn)氣道長度可無級(jí)變化的進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖1-可變長度氣道2-固定外圈3-可活動(dòng)內(nèi)圈4、5-進(jìn)氣口6-固定氣道7-進(jìn)氣門8-密封

現(xiàn)在是11頁\一共有62頁\編輯于星期日

2.可變氣門定時(shí)氣門定時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較大，固定的氣門定時(shí)很難在較大轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的要求，因此，應(yīng)可變氣門定時(shí)。改變進(jìn)氣門的定時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響相對(duì)要比改變排氣門的定時(shí)明顯。圖4-34、353為可變氣門定時(shí)幾種可能的方案，可以通過改變氣門相位角、氣門升程、氣門開啟持續(xù)角等參數(shù)實(shí)現(xiàn)可變氣門定時(shí)?，F(xiàn)在是12頁\一共有62頁\編輯于星期日4氣門技術(shù)2個(gè)進(jìn)氣門，2個(gè)排氣門。4氣門的應(yīng)用優(yōu)化了氣體交換。油耗低，表現(xiàn)高，力矩大更好的氣缸填充和使空氣、燃料的混合燃燒更加優(yōu)化。火花塞居于中心位置更有效的燃燒室設(shè)計(jì)現(xiàn)在是13頁\一共有62頁\編輯于星期日可變氣門正時(shí)系統(tǒng)(DoubleVANOS)可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)(VANOS:Variablecamshaftcontrol)這項(xiàng)技術(shù)通過調(diào)整進(jìn)氣、排氣凸輪軸相對(duì)于曲軸的位置，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、排氣閥門開啟時(shí)間的改變。這種改變是持續(xù)進(jìn)行的，并且是基于油門踏板位置和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來自動(dòng)調(diào)節(jié)的。起初，這項(xiàng)技術(shù)僅可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸。雙可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)(DoubleVANOS)允許更精細(xì)的調(diào)整，這是由于他同時(shí)還控制排氣凸輪軸。同時(shí)，這種持續(xù)的調(diào)整會(huì)貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)的全部速度區(qū)間?，F(xiàn)在是14頁\一共有62頁\編輯于星期日電子氣門系統(tǒng)(Valvetronic)全變量氣門升程控制(VVT)電子氣門系統(tǒng)可以無級(jí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門升程，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，進(jìn)氣門開啟量較??；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，進(jìn)氣門開啟量大。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過氣門升程的調(diào)節(jié)來改變轉(zhuǎn)速，相比較采用節(jié)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式，電子氣門系統(tǒng)更準(zhǔn)確、更直接，同時(shí)也更節(jié)省燃油。在BMW的N系列發(fā)動(dòng)機(jī)中，此項(xiàng)技術(shù)被全面采用?，F(xiàn)在是15頁\一共有62頁\編輯于星期日電子氣門系統(tǒng)(Valvetronic)彈簧偏心軸中間杠桿凸輪軸搖臂現(xiàn)在是16頁\一共有62頁\編輯于星期日電子氣門系統(tǒng)(Valvetronic)現(xiàn)在是17頁\一共有62頁\編輯于星期日●低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),主搖臂和輔搖臂分別由大升程和小升程凸輪驅(qū)動(dòng),產(chǎn)生渦流,使油氣更好地混合,實(shí)現(xiàn)快速燃燒,獲得極佳的燃油經(jīng)濟(jì)性.●高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),同步活塞在油壓的作用使兩搖臂連成一體,同時(shí)由大升程凸輪驅(qū)動(dòng),充氣量得到大幅度的提高,輸出大功率和大扭矩.②①TDC排氣進(jìn)氣低轉(zhuǎn)速時(shí)Valvelift進(jìn)氣門①微小開度(渦流形成)②①TDC中高轉(zhuǎn)速時(shí)排氣進(jìn)氣Valvelift②①主搖臂輔搖臂同步活塞②①低轉(zhuǎn)速時(shí)中高轉(zhuǎn)速時(shí)實(shí)例：本田i-VTEC簡介

VariableValveTimingAndLiftElectronicControl

可變氣門正時(shí)及氣門升程系統(tǒng)

現(xiàn)在是18頁\一共有62頁\編輯于星期日

VTEC可變氣門升程系統(tǒng)現(xiàn)在是19頁\一共有62頁\編輯于星期日排氣凸輪軸進(jìn)氣凸輪軸凸輪軸調(diào)節(jié)閥N205液壓缸排氣凸輪軸進(jìn)氣凸輪軸

凸輪軸調(diào)整器（與鏈條張緊器一體）現(xiàn)在是20頁\一共有62頁\編輯于星期日高轉(zhuǎn)速調(diào)整功率時(shí)，鏈條下部短，上部長，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉。進(jìn)氣管內(nèi)氣流速高，氣缸充氣量足。因此高轉(zhuǎn)速時(shí)，功率大。排氣凸輪軸進(jìn)氣凸輪軸凸輪軸調(diào)整器現(xiàn)在是21頁\一共有62頁\編輯于星期日在中、低轉(zhuǎn)速凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因?yàn)榕艢馔馆嗇S被齒形帶固定了，此時(shí)排氣凸輪軸不能被轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸被轉(zhuǎn)一個(gè)角度，進(jìn)氣門提前關(guān)閉?，F(xiàn)在是22頁\一共有62頁\編輯于星期日可變氣門正時(shí)系統(tǒng)(DoubleVANOS)可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)(VANOS:Variablecamshaftcontrol)這項(xiàng)技術(shù)通過調(diào)整進(jìn)氣、排氣凸輪軸相對(duì)于曲軸的位置，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、排氣閥門開啟時(shí)間的改變。這種改變是持續(xù)進(jìn)行的，并且是基于油門踏板位置和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來自動(dòng)調(diào)節(jié)的。起初，這項(xiàng)技術(shù)僅可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸。雙可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)(DoubleVANOS)允許更精細(xì)的調(diào)整，這是由于他同時(shí)還控制排氣凸輪軸。同時(shí)，這種持續(xù)的調(diào)整會(huì)貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)的全部速度區(qū)間?，F(xiàn)在是23頁\一共有62頁\編輯于星期日本田發(fā)動(dòng)機(jī)注重的是低負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)型和高負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力輸出“正好可以實(shí)現(xiàn)這樣的要求,在低速時(shí)雖然經(jīng)濟(jì)性很好但是會(huì)顯得動(dòng)力不足;高轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)力較強(qiáng),但油耗增大”為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)極端,在改變氣門行程時(shí),勢(shì)必會(huì)使它的行程的跨度很大,加上又是分段調(diào)節(jié)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出很不線性,很不平順“這是不可回避的問題"對(duì)于豐田的-來說情況要好得多,豐田-的主要要求就是要實(shí)現(xiàn)平順的動(dòng)力輸出,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的完美接合"從豐田-發(fā)動(dòng)機(jī)的特性可以看出,它的扭矩輸出很線性,而且能一直持續(xù)下來"現(xiàn)在是24頁\一共有62頁\編輯于星期日VVT－I控制器的結(jié)構(gòu)包括由正時(shí)帶驅(qū)動(dòng)的外齒輪和與進(jìn)氣凸輪軸剛性連接的內(nèi)齒輪,以及一個(gè)內(nèi)齒輪!外齒輪之間的可動(dòng)活塞"活塞的內(nèi)!外表面上有螺旋形花鍵"活塞沿軸向的移動(dòng),會(huì)改變內(nèi)!外齒輪的相對(duì)位置,從而產(chǎn)生配氣相位的連續(xù)改變?，F(xiàn)在是25頁\一共有62頁\編輯于星期日4.1.2.7分層充氣燃燒系統(tǒng)1.分層充氣燃燒在均質(zhì)燃燒的汽油機(jī)中，由于受燃燒極限的限制，要實(shí)現(xiàn)稀燃很困難。若依靠進(jìn)氣渦流作用或采用機(jī)械方法，使進(jìn)入氣缸的混合氣由濃到稀逐步過渡，有組織地分成各層次。在火花塞周圍形成濃混合氣，而在其他區(qū)域形成稀混合氣。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)先點(diǎn)燃部分濃混合氣，然后依靠它在燃燒后產(chǎn)生的溫度、壓力和燃?xì)獾臏u流運(yùn)動(dòng)，使火焰迅速擴(kuò)散到稀混合氣區(qū)域中去，以確保穩(wěn)定燃燒。可實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)稀燃。此為分層充氣燃燒。現(xiàn)在是26頁\一共有62頁\編輯于星期日2.分層充氣燃燒的實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)分層充氣燃燒：一是采用與柴油機(jī)一樣的分隔燃燒室，缺點(diǎn)燃燒室表面積過大，未燃HC排放濃度增加；二是采用缸內(nèi)直接噴射，缺點(diǎn)成本高；三是采用充氣和旋流運(yùn)動(dòng)，缺點(diǎn)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化，充氣和旋流運(yùn)動(dòng)也隨著變化，難以控制。幾種典型分層充氣燃燒系統(tǒng)如圖4-38～圖4-45所示。現(xiàn)在是27頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-38本田CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

以本田公司CVCC（CompoundVertexControlledCombustion）型為代表的分隔室式復(fù)合渦流控制燃燒系統(tǒng)是一種典型的非直噴式稀燃系統(tǒng)?，F(xiàn)在是28頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-39CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)工作示意圖

CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)主室類似傳統(tǒng)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門。除主室外還有一個(gè)副室，副室有別于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)燃室和其他一些混合式發(fā)動(dòng)機(jī)的副室，副室本身安置了進(jìn)氣門，與主室過量空氣系數(shù)不同的混合氣通過這個(gè)相對(duì)較小的進(jìn)氣門進(jìn)入副室。主副室之間通過一個(gè)很窄的通道相連接。因這種發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)化油器或兩套進(jìn)氣管噴射裝置，所以可分別提供不同過量空氣系數(shù)的混合氣給主、副室的進(jìn)氣系統(tǒng)。現(xiàn)在是29頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-40分隔燃燒室層狀充氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖1-主燃室2-進(jìn)氣管3-進(jìn)氣門4-副燃室5-噴油器6-火花塞7-主通道8-副通道9-活塞

雙室分層充氣系統(tǒng)，由主、副室組成，副室裝有噴油器和火花塞。壓縮沖程，進(jìn)氣沖程吸入的新鮮空氣，上一循環(huán)的殘余廢氣被壓入副室。因?yàn)檫B接兩室的通道有大小之分，在副室內(nèi)形成反時(shí)針渦流，噴入的燃油大部分在副室中與空氣渦流混合，少部分由副通道進(jìn)入主燃燒室，這時(shí)不但副室與主室由濃稀之分，副室內(nèi)與主室內(nèi)也是分層的?；鸹ㄈc(diǎn)燃周圍的濃混合氣，火焰先在副室中傳播，然后向外傳播并最終引燃主室中的稀混合氣。現(xiàn)在是30頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-41波爾舍分層充氣系統(tǒng)(SKS)

主、副燃燒室都裝有噴油器以形成分層，并在副室內(nèi)另設(shè)點(diǎn)燃室。燃燒時(shí)，先在點(diǎn)燃室內(nèi)形成火核，之后在副燃室濃混合氣中燃燒，最后在主燃室稀混合氣中燃燒，故波爾舍分層充氣系統(tǒng)（SKS）稱為三級(jí)燃燒系統(tǒng)?，F(xiàn)在是31頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-42福特PROCO缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)a）用短火花塞b)用長火花塞

噴油器布置在氣缸中心，火花塞裝在噴油嘴附近處于噴霧錐角之內(nèi)，壓縮行程時(shí)，噴油器供應(yīng)低壓、低貫穿力、大噴霧角的油霧，燃燒室上部形成濃混合氣，并從中心向四周擴(kuò)散變稀，實(shí)現(xiàn)分層?，F(xiàn)在是32頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-43德士古--TCP燃燒系統(tǒng)1-噴霧2-可燃混和氣3-火焰面4-燃燒氣體5-帶導(dǎo)氣屏的進(jìn)氣閥6-空氣流7-排氣閥8-噴油器9-火花塞

火花塞布置在相對(duì)于噴油嘴的氣流運(yùn)動(dòng)的下游，燃油順氣流噴入燃燒室，由氣流帶動(dòng)首先吹向火花塞，在火花塞附近形成濃混合氣，并立即被點(diǎn)燃，后續(xù)噴入的燃料，一面形成混合氣，一面連續(xù)不斷地向火焰供應(yīng)，而燃燒產(chǎn)物則被旋流帶走?，F(xiàn)在是33頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-44軸向分層稀燃系統(tǒng)工作原理

首先，由進(jìn)氣管造成強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流；進(jìn)氣門開啟到接近最大升程時(shí)，通過安裝在進(jìn)氣道上的噴油器將燃料噴入缸內(nèi)；燃料在渦流作用下，沿氣缸軸向產(chǎn)生上濃下稀的分層。這種分層一直維持到壓縮行程后期，以保證在火花塞附近是較濃的混合氣?，F(xiàn)在是34頁\一共有62頁\編輯于星期日

新鮮空氣被吸入或噴入排氣門后面，促使高溫廢氣進(jìn)一步氧化，以降低廢氣中的CO和HC。為區(qū)別發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣，此法又稱二次空氣噴射或吸入。

1.二次空氣噴射（AI）將新鮮空氣噴射到排氣門附近，使高溫廢氣和空氣混合，促使未燃HC和CO進(jìn)一步氧化燃燒。

2.二次空氣吸入（AS）二次空氣吸入裝置是利用排氣壓力脈沖吸取新鮮空氣進(jìn)入排氣歧管或催化器，因此又稱脈沖式空氣噴射裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，吸入的空氣量小，只適用于小排量發(fā)動(dòng)機(jī)。

空氣噴射及吸入系統(tǒng)現(xiàn)在是35頁\一共有62頁\編輯于星期日二次空氣噴射裝置1-空氣濾清器2-空氣泵3-防止回火管4-單向閥5-空氣分配管6-化油器7-空氣噴管8-排氣門9-進(jìn)氣管10-回火防止閥

二次空氣供給裝置中，二次空氣由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)葉片式空氣噴射泵2，通過兩根軟管輸送，一路從化油器6下側(cè)經(jīng)回火防止閥10進(jìn)入進(jìn)氣管；另一路通過防止廢氣倒流的單向閥4，經(jīng)空氣分配管5，送到各缸的排氣門座附近（排氣歧管）或送入催化器?，F(xiàn)在是36頁\一共有62頁\編輯于星期日二次空氣吸入裝置1-吸氣閥2-管路3-排氣歧管或催化器4-空氣濾清器

二次空氣吸入裝置，由單向吸氣閥及管路組成。吸氣閥1是單向閥，只允許經(jīng)空氣濾清器4的清潔空氣進(jìn)入排氣歧管3，阻止廢氣倒流入空氣濾清器4。當(dāng)排氣門每閉合一次，排氣歧管內(nèi)就有一段時(shí)間壓力低于大氣壓，產(chǎn)生真空。此時(shí)吸氣閥1打開，經(jīng)濾清器的新鮮空氣流入排氣管或催化器，當(dāng)排氣管內(nèi)氣體壓力高于大氣壓力時(shí)，吸氣閥1關(guān)閉，空氣不能被吸入排氣歧管3或催化器?，F(xiàn)在是37頁\一共有62頁\編輯于星期日

熱反應(yīng)器一般和二次空氣噴射同時(shí)使用，以保證有足夠的空氣、溫度和時(shí)間，使CO和HC在排氣中繼續(xù)氧化。這種系統(tǒng)對(duì)NOx無效。為保持高溫，一般要加濃空燃比及推遲點(diǎn)火（油耗升高），或采取絕熱和緊靠排氣管布置。為延長滯留時(shí)間可增大反應(yīng)器容積或讓廢氣在反應(yīng)器中流經(jīng)多重彎道。

20世紀(jì)70～80年代，熱反應(yīng)器在國外汽油車上采用較多，隨著凈化效率更高的三效催化器的普及，現(xiàn)在汽車上已很少采用。由于摩托車排氣處理裝置要求結(jié)構(gòu)簡單和成本低，且主要排放污染物是CO和HC，因而熱反應(yīng)器在摩托車上有應(yīng)用價(jià)值和廣泛應(yīng)用。熱反應(yīng)器現(xiàn)在是38頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-49排氣熱反應(yīng)器

在排氣總管出口處裝有熱反應(yīng)器，它有較大的容積和絕熱保溫部分。同時(shí)在排氣門處噴入空氣（即二次空氣），使CO和HC繼續(xù)氧化。現(xiàn)在是39頁\一共有62頁\編輯于星期日

催化劑可提高化學(xué)反應(yīng)速度及降低反應(yīng)起始溫度，而本身在反應(yīng)中不消耗。催化轉(zhuǎn)化器是目前各類排氣后處理技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

1.催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)

1）殼體

催化器殼體由不銹鋼板材制成，以防因氧化產(chǎn)生脫皮造成催化劑堵塞。為保證催化器反應(yīng)溫度及減小對(duì)外熱輻射，許多催化器的殼體作成雙層結(jié)構(gòu)。為減少催化器對(duì)車底板的高溫輻射或防止進(jìn)入加油站時(shí)催化器熾熱表面引起火災(zāi)，以及避免路面積水飛濺對(duì)催化器的激冷損壞和路面飛石造成的撞擊損壞，殼體外還裝有半周或全周隔熱罩。

催化轉(zhuǎn)化器現(xiàn)在是40頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-50催化轉(zhuǎn)化器的基本結(jié)構(gòu)

催化轉(zhuǎn)化器簡稱催化器，它由殼體、減振層、載體及催化劑涂層四部分組成。而所謂催化劑是指涂層部分或載體和涂層的合稱。催化劑是整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的核心，它決定了催化轉(zhuǎn)化器的主要性能指標(biāo)。因此，在許多文獻(xiàn)上并不嚴(yán)格區(qū)分催化劑和催化轉(zhuǎn)化器的定義。現(xiàn)在是41頁\一共有62頁\編輯于星期日

2）減振層

一般有膨脹墊和鋼絲網(wǎng)墊兩種，起減振、緩解熱應(yīng)力、固定載體、保溫和密封作用。膨脹墊由膨脹云母(45~60％)、硅酸鋁纖錐(30~45％)及粘接劑(6~13％)組成。膨脹墊在第一次受熱時(shí)體積明顯膨脹，而冷卻時(shí)僅部分收縮，這就使金屬殼體與陶瓷載體間縫隙完全漲死并密封。

3）載體

早期用氧化鋁（Al2O3）制成直徑2～4mm球狀載體，其氣體流動(dòng)阻力大、載體磨損快，目前已不采用。20世紀(jì)70年代初美國康寧（Coming）公司發(fā)明了蜂窩狀陶瓷載體，陶瓷載體用堇青石（鋁鎂硅酸鹽2MgO·2Al2O3·5SiO2）多為擠壓成型燒結(jié)而成，目前90％催化器用陶瓷載體，其余用金屬載體。金屬載體用不銹鋼波紋板卷制而成。現(xiàn)在是42頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-51催化轉(zhuǎn)化器載體a）球型顆粒載體催化轉(zhuǎn)化器b）陶瓷蜂窩整體式催化反應(yīng)器c）金屬載體催化轉(zhuǎn)化器現(xiàn)在是43頁\一共有62頁\編輯于星期日表4-1載體的主要性能指標(biāo)形狀特性孔道形狀單位面積的單體個(gè)數(shù)62孔/cm2(400孔/in2)62孔/cm2(400孔/in2)幾何表面積38.8(cm2/cm3)26.8(cm2/cm3)開口率90.3％75.0(％)材料特性材料不銹鋼堇青石導(dǎo)熱系數(shù)16.7×10-2[J/(S·cm·K)]12.5×10-3[J/(S·cm·K)]熱膨脹系數(shù)11.0×10-6(1/K)0.6×10-6(1/K)比熱容0.50[J/(g·K)]0.84[J/(g·K)]現(xiàn)在是44頁\一共有62頁\編輯于星期日

由表4-1，陶瓷載體熱膨脹系數(shù)低、溫升迅速、背壓低、振動(dòng)磨損小、體積小，設(shè)計(jì)靈活性大。金屬載體幾何表面積大、流通阻力小、加熱快和機(jī)械強(qiáng)度高，但成本高，目前主要用在控制冷起動(dòng)排放的緊湊耦合催化器和摩托車用催化器。加大載體孔密度可提高反應(yīng)表面積，孔密度一般為200～600cpi（孔/in2）。目前最常用的陶瓷載體是400cpi，而900甚至1200cpi及壁厚0.05mm的陶瓷載體最近已開發(fā)成功?，F(xiàn)在是45頁\一共有62頁\編輯于星期日

4）涂層

如圖4-48，在載體孔道壁面涂有一層疏松的活性層（Washcoat），即催化劑涂層。它以γ-Al2O3為主，其粗糙多孔的表面使實(shí)際催化反應(yīng)表面積極大的增加。在涂層表面散布著作為活性材料的貴金屬，一般為鉑（Pt）、銠（Rh）和鈀（Pd）及助催化劑成分鈰（Ce）、鋇（Ba）和鑭（La）等稀土或某些賤金屬材料。助催化劑主要用于提高催化劑活性和高溫穩(wěn)定性。催化劑的活性及耐久性與涂層成分有關(guān)，還與涂層制備工藝密切相關(guān)。

現(xiàn)在是46頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-52載體及涂層的細(xì)微結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是47頁\一共有62頁\編輯于星期日

2.催化劑的分類及工作原理按工作原理不同，催化劑可分為氧化型催化劑、還原型催化劑、三效催化劑和稀燃催化劑。目前單純的還原型的催化劑已很少，最常用的氧化型催化劑和三效催化劑的工作原理如下。

氧化型催化器OC（OxidationCatalyst）

三效催化器TWC(ThreeWayCatalyst)

在氧化型催化劑中，CO和HC與氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成無害的CO2和H2O，但對(duì)NOx基本無效。在三效催化劑中，CO和HC與NOx互為還原劑與氧化劑，生成無害的CO2、H2O及N2。剩余的CO和HC則進(jìn)行氧化型反應(yīng)式的反應(yīng)。

現(xiàn)在是48頁\一共有62頁\編輯于星期日

3.催化劑用貴金屬材料

Pt（鉑）和Pd(鈀）主要用于催化CO和HC的氧化反應(yīng)，Rh（銠）是什么化學(xué)金屬（用于催化NOx的還原反應(yīng)。為滿足催化劑綜合性能指標(biāo)，三種貴金屬往往搭配使用。對(duì)氧化催化劑，可單用Pt和Pd，但多數(shù)用Pt/Pd組合配方，其配Pt:Pd=5:2。對(duì)于三效催化劑，Pt/Rh系、Pt/Pd/Rh系及Pd/Rh系都有應(yīng)用，但以前者最多。國際市場價(jià)格Pd:Pt:Rh=1:3:5，在礦石中的比率Pt:Pd:Rh=100:40:8。為綜合利用資源及降低催化劑成本，用Pd替代Pt和Rh甚至全Pd催化劑一直是研究的熱點(diǎn)。Pd新鮮狀態(tài)活性很好，但其晶格結(jié)構(gòu)易容納雜質(zhì)，因而易被化學(xué)毒化，特別易被Pb（鉛）毒化，同時(shí)易產(chǎn)生高溫劣化，可用改進(jìn)催化劑組分和制造工藝彌補(bǔ)，但對(duì)NOx轉(zhuǎn)化率低目前難改善。

現(xiàn)在是49頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-53不同貴金屬的催化特性（新催化劑）

不同貴金屬對(duì)排氣污染物催化凈化效果不同，對(duì)CO和HC，三種貴金屬在化學(xué)計(jì)量比（Φα=1）附近都轉(zhuǎn)化率高，在Φα＞l的稀空燃比區(qū)域，Rh對(duì)HC的轉(zhuǎn)化率低于Pt和Pd。對(duì)于NOx的還原，Rh則表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在是50頁\一共有62頁\編輯于星期日4.催化轉(zhuǎn)化器性能指標(biāo)1）轉(zhuǎn)化效率催化器的轉(zhuǎn)化效率定義為

式中ηi—排氣污染物i在催化器中的轉(zhuǎn)化效率；

C(i)1—排氣污染物i在催化器入口處的濃度；

C(i)2—排氣污染物i在催化器出口處的濃度。

2）起燃溫度特性催化劑轉(zhuǎn)化效率與溫度密切相關(guān)，催化劑只有達(dá)到一定溫度以上才能開始工作（即起燃）。催化劑轉(zhuǎn)化效率隨溫度變化的曲線稱起燃溫度特性。

現(xiàn)在是51頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-54起燃溫度特性

在起燃溫度特性曲線中，而達(dá)到50％轉(zhuǎn)化效率時(shí)的溫度稱為起燃溫度T50

。顯然T50越低則冷起動(dòng)時(shí)催化劑起作用的時(shí)間越早，即催化劑起燃溫度特性越好。因此，降低T50一直是追求的目標(biāo)。

現(xiàn)在是52頁\一共有62頁\編輯于星期日

3）空燃比特性催化劑轉(zhuǎn)化效率與空燃比A/F有關(guān)，其隨空燃比的變化稱催化器空燃比特性（圖4-55）。由圖，三效催化器在化學(xué)計(jì)量比（Φα=1）附近對(duì)CO、HC和NOx的轉(zhuǎn)化效率同時(shí)達(dá)到最高，這個(gè)區(qū)間稱為“窗口”（Window）。實(shí)際中為使催化劑能保持在高效窗口內(nèi)工作，需圖4-56的閉環(huán)電控燃油供給系統(tǒng)和氧傳感器。窗口越寬，表示催化劑實(shí)用性能越好，同時(shí)也對(duì)電控系統(tǒng)控制精度要求越低。

現(xiàn)在是53頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-55空燃比特性現(xiàn)在是54頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-56閉環(huán)電控系統(tǒng)與三效催化器現(xiàn)在是55頁\一共有62頁\編輯于星期日

開環(huán)電子控制燃油供給系統(tǒng)無法保證空燃比的精確控制。如圖4-57，其凈化效率平均為60％左右，而使用同樣催化劑的閉環(huán)電控系統(tǒng)的平均凈化率可達(dá)95％。圖4-57開環(huán)電控與閉環(huán)電控的凈化效果對(duì)比現(xiàn)在是56頁\一共有62頁\編輯于星期日

4）催化器流動(dòng)特性催化器流動(dòng)阻力增大了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，使排氣推出功增加，同樣燃耗輸出的有用功減少，還使殘余廢氣量增大，充氣效率降低，同樣氣缸容積所能利用的燃料化學(xué)能減少。殘余廢氣量的增加，又引起燃燒熱效率下降，這些都使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性降低。引起催化器壓力損失的主要原因：氣流與催化器殼體壁面的流動(dòng)摩擦；入口和出口處局部旋流引起的氣流剪切和變向；載體小孔中的流動(dòng)摩擦。現(xiàn)在是57頁\一共有62頁\編輯于星期日?qǐng)D4-59影響催化器流動(dòng)阻力的主要因素

從引起催化器壓力損失的原因出發(fā)分析，影響催化器流動(dòng)阻力的因素有以下幾個(gè)方面。（1）催化器入口擴(kuò)張管和出口收縮管的形狀，影響流速分布和局部旋流形成。（2）載體孔密度和壁厚，影響總流通面積和通道中氣流形態(tài)。（3）涂層的厚度，增加了壁厚。（4）載體的截面積和長度，載體體積相同，截面積小主力大。（5）催化器入口管和出口管的長度及直徑，制約排氣系統(tǒng)。（6）流速分布，不均勻引起轉(zhuǎn)化率下降、催化劑劣化加速，及沿徑向熱應(yīng)力分布不均勻度加大。現(xiàn)在是58頁\一共有62頁\編輯于星期日5）催化劑的耐久性催化劑經(jīng)長期使用后，其性能將發(fā)生劣化，亦稱失活。