汽车噪声控制与排放学习教案.pptx

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1、会计学1汽车汽车(qch)噪声控制与排放噪声控制与排放第一页，共76页。1 1合理的喷油规律合理的喷油规律 喷油器在单位时间内喷油器在单位时间内(或或1 1度喷油泵凸轮轴转角内度喷油泵凸轮轴转角内)喷喷入燃烧室内的燃油量称为喷油速率。喷油规律是指喷入燃烧室内的燃油量称为喷油速率。喷油规律是指喷油速率随时问油速率随时问(或喷油泵凸轮轴转角或喷油泵凸轮轴转角)的变化关系。的变化关系。供油规律则是指喷油泵供油速率随时间供油规律则是指喷油泵供油速率随时间(或喷油泵或喷油泵凸轮轴转角凸轮轴转角)的变化关系，它基本由柱塞直径和凸轮几的变化关系，它基本由柱塞直径和凸轮几何尺寸决定何尺寸决定(judng)(j

2、udng)，因此也称为几何供油规律。，因此也称为几何供油规律。由于燃油高压系统的压力波动及弹性变形等原因，由于燃油高压系统的压力波动及弹性变形等原因，供油规律与喷油规律有一定差别，而对混合气形成和供油规律与喷油规律有一定差别，而对混合气形成和燃烧过程有直接影响的是喷油规律。燃烧过程有直接影响的是喷油规律。第1页/共76页第二页，共76页。2 2预喷射预喷射PI(Pilot Injection)PI(Pilot Injection)预喷射的示意图见图预喷射的示意图见图6-496-49。在主喷射前，有一少。在主喷射前，有一少量的预先喷射量的预先喷射(见图中针阀升程见图中针阀升程)，因而在着火落后，

3、因而在着火落后期内只能产生有限的可燃混合气量。期内只能产生有限的可燃混合气量。这部分混合气形成较弱的初期燃烧放热，并使随这部分混合气形成较弱的初期燃烧放热，并使随后的主喷射燃油的着火落后期缩短，避免了一般直后的主喷射燃油的着火落后期缩短，避免了一般直喷式柴油机初期急剧的压力和温度升高，可明显降喷式柴油机初期急剧的压力和温度升高，可明显降低低N0 xN0 x排放排放 一般来说，预喷射量的总喷射量为一般来说，预喷射量的总喷射量为8 8左右，两左右，两次喷射的间隔次喷射的间隔(jin g)(jin g)为为1.5ms1.5ms左右时，可以取得较好左右时，可以取得较好的效果。的效果。第2页/共76页第

4、三页，共76页。3 3多段喷射多段喷射(Split Injection)(Split Injection)图图6-51a)6-51a)给出了多段喷射的示意图。图给出了多段喷射的示意图。图6-6-51b)51b)给出了多段喷射给出了多段喷射(7(7：3)3)对发动机燃烧对发动机燃烧特性的影响。特性的影响。与普通喷射相比，后期喷射的燃油实际与普通喷射相比，后期喷射的燃油实际上对正在进行的燃烧起到一种扰动作用，上对正在进行的燃烧起到一种扰动作用，促进燃烧后期的混合气形成及燃烧加速，促进燃烧后期的混合气形成及燃烧加速，因而燃烧压力提高，燃烧持续期缩短，使因而燃烧压力提高，燃烧持续期缩短，使炭烟排放降低

5、。炭烟排放降低。采用多段喷射可以改善冷起动特性。根采用多段喷射可以改善冷起动特性。根据有关据有关(y(y ugun)ugun)研究结果，采用多段喷射研究结果，采用多段喷射后，一后，一3030时的冷起动时间缩短了时的冷起动时间缩短了2020，这就意味着白烟和冷这就意味着白烟和冷HCHC等排放会明显减等排放会明显减少。少。a)a)多段喷射多段喷射多段喷射多段喷射(pnsh)(pnsh)示意图示意图示意图示意图第3页/共76页第四页，共76页。4 4提高喷油压力提高喷油压力 加速燃油与空气混合的主要方法之一是使燃油加速燃油与空气混合的主要方法之一是使燃油喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油与空气的接触喷雾

6、颗粒进一步细化，以增大燃油与空气的接触表面积和缩短强化时间。表面积和缩短强化时间。为此，近年来高压喷射技术在直喷式柴油机上为此，近年来高压喷射技术在直喷式柴油机上得到了很快的应用。得到了很快的应用。高压喷射造成的这种高温高速以及混合能量很高压喷射造成的这种高温高速以及混合能量很大的燃烧过程使微粒大的燃烧过程使微粒(炭烟炭烟)排放和热效率都有了排放和热效率都有了明显改善。明显改善。如果不采取其他措施，一般高压喷射会使如果不采取其他措施，一般高压喷射会使NOxNOx排放增加。但如果合理排放增加。但如果合理(hl(hl)利用高压喷射时燃烧利用高压喷射时燃烧持续期短的特点，同时并用推迟喷油时间或持续期

7、短的特点，同时并用推迟喷油时间或EGREGR等方法，有可能使微粒和等方法，有可能使微粒和NOxNOx排放同时降低。排放同时降低。第4页/共76页第五页，共76页。5 5小直径、多喷孔加速雾化混合小直径、多喷孔加速雾化混合 增加喷孔数后，可以降低对气流的要求。涡流增加喷孔数后，可以降低对气流的要求。涡流比可以减小，从而改善了燃油经济性；烟度降低。比可以减小，从而改善了燃油经济性；烟度降低。若喷孔过多，由于贯穿不足和相邻若喷孔过多，由于贯穿不足和相邻(xin(xin ln)ln)喷注喷注的干扰，反有不利效果。的干扰，反有不利效果。图653 喷油嘴的喷孔数对炭烟排放的影响(转速(zhun s)2 0

8、00rmin部分负荷)a)涡流比1.75 b)涡流比1.25第5页/共76页第六页，共76页。6 6柴油机电控喷油系统柴油机电控喷油系统电控共轨喷油系统与传统喷油系统相比具有下述特点：电控共轨喷油系统与传统喷油系统相比具有下述特点：(1)(1)喷油压力柔性可调，对不同工况可采用最佳喷射压力，从而可以喷油压力柔性可调，对不同工况可采用最佳喷射压力，从而可以优化柴油机的综合性能，特别是解决了传统喷油系统优化柴油机的综合性能，特别是解决了传统喷油系统(包括泵油包括泵油嘴嘴)的喷油压力随转速降低而降低，导致低速的喷油压力随转速降低而降低，导致低速(d s)(d s)转矩和低速转矩和低速(d(d s)s

9、)烟度不好的固有缺陷。烟度不好的固有缺陷。(2)(2)系统紧凑、刚度大，可实现各种较高的喷射压力系统紧凑、刚度大，可实现各种较高的喷射压力(120(120170MPa)170MPa)。(3)(3)可柔性控制喷油速率变化，实现各种灵活多样的喷油规律，例如可柔性控制喷油速率变化，实现各种灵活多样的喷油规律，例如预喷射、多段喷射、预喷射、多段喷射、“靴形靴形”喷射等，以及与排气后处理技术配合喷射等，以及与排气后处理技术配合使用的在排气行程中喷射。使用的在排气行程中喷射。(4)(4)采用电磁阀控制喷油，控制精度高，循环变动小。采用电磁阀控制喷油，控制精度高，循环变动小。第6页/共76页第七页，共76页

10、。六、高效低污染燃烧系统 混合气形成与燃烧都是在燃烧室中进行的。以燃烧室为主体的燃烧系统的开发，20世纪70年代以前主要以动力、经济性能为主。近代要全面照顾包括排放在内的综合性能要求，在传统燃烧室基础上，发展了一些高效、低污染的新型燃烧室，并与前面叙述的喷油和进气(jn q)措施结合在一起，使柴油机性能达到了一个新的水平。下面介绍一些已推广使用的直喷式新型燃烧系统。第7页/共76页第八页，共76页。1挤流口式燃烧挤流口式燃烧(rnsho)系统系统2非回转非回转(huzhun)体型燃烧系统体型燃烧系统 两种燃烧系统都两种燃烧系统都优化了发动机动力、优化了发动机动力、经济性能和减少经济性能和减少(

11、jinsho)N0。及炭。及炭烟的排放。烟的排放。第8页/共76页第九页，共76页。3无涡流高压喷射燃烧系统 这就是前面已提到过的，重型车用柴油机大都采用的、小喷孔、多喷孔、不组织涡流的高压喷射系统。大机型循环油量大，燃烧室直径大，喷油泵承压能力强，转速低，有条件达到上述燃烧组织的要求。这种机型具有燃油耗率低，升功率高，排放(pi fn)特性好的优点，但噪声相对较大，最大缸内压力也高。第9页/共76页第十页，共76页。第三节第三节第三节第三节 汽车排放污粢物的机外净化技术汽车排放污粢物的机外净化技术汽车排放污粢物的机外净化技术汽车排放污粢物的机外净化技术 一、机外净化技术概述一、机外净化技术概

12、述一、机外净化技术概述一、机外净化技术概述 综观人类治理汽车排放污染的历程，在综观人类治理汽车排放污染的历程，在综观人类治理汽车排放污染的历程，在综观人类治理汽车排放污染的历程，在2020世纪世纪世纪世纪7070年代年代年代年代中期以前主要是采用以改善发动机燃烧过程为主的各种中期以前主要是采用以改善发动机燃烧过程为主的各种中期以前主要是采用以改善发动机燃烧过程为主的各种中期以前主要是采用以改善发动机燃烧过程为主的各种机内净化技术。这些技术尽管对降低排气污染起到了很机内净化技术。这些技术尽管对降低排气污染起到了很机内净化技术。这些技术尽管对降低排气污染起到了很机内净化技术。这些技术尽管对降低排气

13、污染起到了很大作用，但效果有限，且不同程度地对汽车的动力性和大作用，但效果有限，且不同程度地对汽车的动力性和大作用，但效果有限，且不同程度地对汽车的动力性和大作用，但效果有限，且不同程度地对汽车的动力性和经济性带来负面效应。随着排放法规的日益严格，人们经济性带来负面效应。随着排放法规的日益严格，人们经济性带来负面效应。随着排放法规的日益严格，人们经济性带来负面效应。随着排放法规的日益严格，人们开始开始开始开始(kish(kish)考虑包括催化转化器在内的各种机外净化考虑包括催化转化器在内的各种机外净化考虑包括催化转化器在内的各种机外净化考虑包括催化转化器在内的各种机外净化技术。技术。技术。技术

14、。三元催化剂三元催化剂三元催化剂三元催化剂(TWC(TWC，ThreeThreeWay Catalyst)Way Catalyst)的研制成功使的研制成功使的研制成功使的研制成功使汽车排放控制技术产生了突破性的进展，它可使汽油车汽车排放控制技术产生了突破性的进展，它可使汽油车汽车排放控制技术产生了突破性的进展，它可使汽油车汽车排放控制技术产生了突破性的进展，它可使汽油车排放的排放的排放的排放的C0C0、HCHC和和和和N0N0，同时降低，同时降低，同时降低，同时降低9090以上。以上。以上。以上。目前，电子控制汽油喷射加三元催化转化器已成为国目前，电子控制汽油喷射加三元催化转化器已成为国目前，

15、电子控制汽油喷射加三元催化转化器已成为国目前，电子控制汽油喷射加三元催化转化器已成为国际上汽油车排放控制技术的主流。同时，各种柴油机机际上汽油车排放控制技术的主流。同时，各种柴油机机际上汽油车排放控制技术的主流。同时，各种柴油机机际上汽油车排放控制技术的主流。同时，各种柴油机机外净化技术也在加紧研制开发中，有望在外净化技术也在加紧研制开发中，有望在外净化技术也在加紧研制开发中，有望在外净化技术也在加紧研制开发中，有望在2121世纪初开始世纪初开始世纪初开始世纪初开始(kish(kish)实施化。实施化。实施化。实施化。第10页/共76页第十一页，共76页。由于汽车排放污染物分别来自于排气管、曲

16、轴由于汽车排放污染物分别来自于排气管、曲轴箱和燃油系统，作为机外净化措施可以按以下箱和燃油系统，作为机外净化措施可以按以下(y(y xi)xi)分类：分类：1)1)排气后处理技术排气后处理技术 净化排气中各种污染成分的技术包括热反应器、净化排气中各种污染成分的技术包括热反应器、催化转化器、微粒捕集器以及吸附净化方法。其中，催化转化器、微粒捕集器以及吸附净化方法。其中，吸附净化法目前尚处于实验室研究阶段，例如用活吸附净化法目前尚处于实验室研究阶段，例如用活性炭纤维等材质吸附性炭纤维等材质吸附NOxNOx，在此不作详细介绍。，在此不作详细介绍。2)2)非排气污染物处理技术非排气污染物处理技术 净化

17、排气以外的污染成分的技术，主要指燃油净化排气以外的污染成分的技术，主要指燃油蒸发控制装置和曲轴箱强制通风装置。蒸发控制装置和曲轴箱强制通风装置。第11页/共76页第十二页，共76页。二、汽油车排气后处理技术 汽油车排气后处理技术主要是催化转化(zhunhu)器，也有少量的热反应器。汽油机工作过程中的不完全燃烧产物C0和Hc在排气过程中可以继续氧化，但必须有足够的空气和温度以保证其高的氧化速率。如图6-59所示，在紧靠排气总管出口处装有热反应器。第12页/共76页第十三页，共76页。随着三元催化(cu hu)器的普及，现在新生产的汽车上已很少采用。由于摩托车的排气后处理装置要求结构简单和成本低廉

18、，并且摩托车的最主要排放污染物是C0和HC，因而热反应器在摩托车上仍有较好的应用价值和较广泛的实际应用。但汽车上应用最广泛的是催化(cu hu)转化器，本节就催化(cu hu)转化器做详细论述。第13页/共76页第十四页，共76页。1催化转化器的结构(jigu)及原理 催化剂可以提高化学反应速度以及降低反应的起始温度，而本身在反应中并不消耗。催化转化器是目前各类排气后处理技术中应用最广泛的技术。1)催化转化器的结构(jigu)催化转化器简称催化器，如图6-60所示，第14页/共76页第十五页，共76页。第15页/共76页第十六页，共76页。它由壳体、减振层、载体及催化剂涂层它由壳体、减振层、载

19、体及催化剂涂层4 4部分组成。部分组成。而所谓催化剂是指涂层部分或载体和涂层的合称。催化而所谓催化剂是指涂层部分或载体和涂层的合称。催化剂是整个催化转化剂是整个催化转化(zhu(zhu nhu)nhu)器的核心部分，它决定了催器的核心部分，它决定了催化转化化转化(zhu(zhu nhu)nhu)器的主要性能指标。因此，在许多文献器的主要性能指标。因此，在许多文献上并不严格区分催化剂和催化转化上并不严格区分催化剂和催化转化(zhu(zhu nhu)nhu)器的定义。器的定义。第16页/共76页第十七页，共76页。(1)(1)壳体壳体 催化器壳体由不锈钢板材制成，以防因氧化皮催化器壳体由不锈钢板材

20、制成，以防因氧化皮脱落造成催化剂的堵塞。为保证催化器的反应温脱落造成催化剂的堵塞。为保证催化器的反应温度以及度以及(y(y j)j)减小对外热辐射，许多催化器的壳体减小对外热辐射，许多催化器的壳体作成双层结构。为减少催化器对车底板的高温辐作成双层结构。为减少催化器对车底板的高温辐射或防止进入加油站时催化器炽热表面引起火灾，射或防止进入加油站时催化器炽热表面引起火灾，以及以及(y(y j)j)避免路面积水飞溅对催化器的激冷损坏避免路面积水飞溅对催化器的激冷损坏和路面飞石造成的撞击损坏，壳体外面还装有半和路面飞石造成的撞击损坏，壳体外面还装有半周或全周的隔热罩。周或全周的隔热罩。第17页/共76页

21、第十八页，共76页。(2)减振层。减振层一般有膨胀垫片和钢丝网垫两种，起减振、缓解热应力、固定载体、保温和密封作用。膨胀垫片在第一次受热时体积明显膨胀，而在冷却(lngqu)时仅部分收缩，这样就使金属壳体与陶瓷载体之间的缝隙完全涨死并密封。第18页/共76页第十九页，共76页。(3)(3)载体。载体。早期的催化剂曾采用氧化铝早期的催化剂曾采用氧化铝(AL20(AL20，)的球状载体，这的球状载体，这种载体存在磨损快、阻力大的缺点，目前种载体存在磨损快、阻力大的缺点，目前(mqin)(mqin)在汽车在汽车催化器中已不采用。催化器中已不采用。美国康宁美国康宁(Coming)(Coming)公司于

22、公司于2020世纪世纪7070年代初发明了陶瓷蜂年代初发明了陶瓷蜂窝载体，并很快占据了车用催化器载体的主导地位。之窝载体，并很快占据了车用催化器载体的主导地位。之后，日本后，日本NGKNGK公司也掌握了这种技术并开始大量生产。公司也掌握了这种技术并开始大量生产。据统计，目前据统计，目前(mqin)(mqin)世界上车用催化器载体的世界上车用催化器载体的9090是陶是陶瓷载体，其余为金属载体，而陶瓷载体年产量的瓷载体，其余为金属载体，而陶瓷载体年产量的9595以以上由康宁公司和上由康宁公司和NCKNCK公司生产。公司生产。第19页/共76页第二十页，共76页。陶瓷蜂窝(fngw)载体（乳白色）第

23、20页/共76页第二十一页，共76页。金属金属(jnsh)载体载体第21页/共76页第二十二页，共76页。(4)涂层(t cn)第22页/共76页第二十三页，共76页。如图如图6-616-61所示，在载体孔道的壁面上涂有一层非常所示，在载体孔道的壁面上涂有一层非常疏松的活性层疏松的活性层(Washcoat)(Washcoat)，即催化剂涂层。它以，即催化剂涂层。它以yAL203yAL203为主，其粗糙多孔的表面可使壁面的实际催为主，其粗糙多孔的表面可使壁面的实际催化反应表面积扩大化反应表面积扩大7 0007 000倍左右。在涂层表面散布着作倍左右。在涂层表面散布着作为活性材料的贵金属，一般为铂

24、为活性材料的贵金属，一般为铂(Pt)(Pt)、铑、铑(Rh)(Rh)和钯和钯(Pd)(Pd)以及作为助催化剂成分的铈以及作为助催化剂成分的铈(ce)(ce)、钡、钡(Ba)(Ba)和镧和镧(La)(La)等稀等稀土材料。土材料。助催化剂主要用于提高催化剂活性和高温稳定性。助催化剂主要用于提高催化剂活性和高温稳定性。催化剂的活性及耐久性除与涂层的成分有关催化剂的活性及耐久性除与涂层的成分有关(y(y ugun)ugun)外，也与涂层的制备工艺密切相关。外，也与涂层的制备工艺密切相关。第23页/共76页第二十四页，共76页。2)催化剂的分类及工作原理 按工作原理不同，催化剂可分为氧化型催化剂、还原

25、型催化剂、三元催化剂和稀燃催化剂。目前单纯还原型的催化剂已很少，稀燃催化剂将在后面(hu mian)介绍，而最常用的氧化型催化剂和三元催化剂的工作原理介绍如下：第24页/共76页第二十五页，共76页。在氧化型催化剂中，C0和HC与氧气进行氧化反应，生成无害的C02、H20，但对NOx基本无效(wxio)。而在三元催化剂中，C0和HC与N0，互为氧化剂和还原剂，生成无害的C02、H20及N2。剩余的C0和HC则继续进行反应。第25页/共76页第二十六页，共76页。3)3)催化剂用的贵金属材料催化剂用的贵金属材料 不同贵金属成分对排气污染物的催化净化效不同贵金属成分对排气污染物的催化净化效果是不同

26、的。图果是不同的。图6-626-62给出了单用铂给出了单用铂(Pt)(Pt)、铑、铑(Rh)(Rh)和和钯钯(Pd)(Pd)作成的催化剂对不同排气污染物的转化效作成的催化剂对不同排气污染物的转化效率。率。对于对于C0C0和和HCHC，三种贵金属成分在化学计量比，三种贵金属成分在化学计量比(。=1)=1)附近都表现出高的转化率，在附近都表现出高的转化率，在。11的的稀空燃比区域，稀空燃比区域，RhRh对对HCHC的转化率低于的转化率低于PtPt和和PdPd。对于对于N0 xN0 x的还原，的还原，RhRh则表现出明显的优势。则表现出明显的优势。PdPd尽管在新鲜状态时活性很好，但由于其晶格结尽管

27、在新鲜状态时活性很好，但由于其晶格结构易容纳杂质，因而易被化学毒化构易容纳杂质，因而易被化学毒化(dhu)(dhu)，特别，特别是易被是易被Pb(Pb(铅铅)毒化毒化(dhu)(dhu)，同时易产生高温劣化。，同时易产生高温劣化。第26页/共76页第二十七页，共76页。实际催化剂中，Pt和Pd主要用于催化C0和HC的氧化反应，Rh用于催化N0 x的还原反应。但为了满足对催化剂综合性能指标的要求，三种贵金属成分往往是搭配使用(shyng)的。对于氧化催化剂，可以单用Pt或Pd，但大多数还是用PtPd组合配方，其配比为Pt:Pd=2.5:1。对于三元催化剂，PtRh系、PtPdRh系以及PdRh系

28、都有应用，但以前者为最多。第27页/共76页第二十八页，共76页。2 2催化转化器的性能指标和评价试验方法催化转化器的性能指标和评价试验方法1)1)催化器的性能指标催化器的性能指标(1)(1)转化效率转化效率(2)(2)起燃温度特性。起燃温度特性。催化剂转化效率的高低与温度有密切关系，催催化剂转化效率的高低与温度有密切关系，催化剂只有在达到一定温度以上才能开始工作化剂只有在达到一定温度以上才能开始工作(即起燃即起燃)。转化效率随温度的变化曲线称为起燃温度特性，。转化效率随温度的变化曲线称为起燃温度特性，如图如图6-646-64所示。而达到所示。而达到5050转化效率时的温度称为转化效率时的温度

29、称为起燃温度起燃温度。显然疋。越低则冷起动时催化剂起作。显然疋。越低则冷起动时催化剂起作用的时间越早，即催化剂的起燃温度特性越好。因用的时间越早，即催化剂的起燃温度特性越好。因此，降低此，降低(jingd)(jingd)瓦。一直是研究者孜孜以求的目标。瓦。一直是研究者孜孜以求的目标。第28页/共76页第二十九页，共76页。第29页/共76页第三十页，共76页。在实际汽车和发动机上也有另一种评价催化剂起燃特性的方法(fngf)，即从冷起动开始达到50转化率所需时间作为评价指标。这两种方法(fngf)各有优点，前者能得到明确的起燃温度指标，因此应用最广泛，后者以时间代表起燃性能，对于实车来说更直观

30、。第30页/共76页第三十一页，共76页。(3)空燃比特性(txng)第31页/共76页第三十二页，共76页。催化剂转化效率的高低还与空燃比催化剂转化效率的高低还与空燃比A AF(F(或过或过量空气系数量空气系数。)有关，转化效率随空燃比的变化有关，转化效率随空燃比的变化称为催化器的空燃比特性，如图称为催化器的空燃比特性，如图6-656-65所示。由图所示。由图可知，三元催化器在化学计量比可知，三元催化器在化学计量比(。=1)=1)附近的附近的狭窄区间狭窄区间(q jin)(q jin)内对内对C0C0、HCHC和和N0 xN0 x的转化效率的转化效率同时达到最高，这个区间同时达到最高，这个区

31、间(q jin)(q jin)被称为被称为“窗口窗口”(window)”(window)。在实际使用中为使催化剂能保持在这个高效窗在实际使用中为使催化剂能保持在这个高效窗口内工作，需要图口内工作，需要图6.666.66所示的闭环电子控制燃油所示的闭环电子控制燃油供给系统和氧传感器。窗口越宽，则表示催化剂供给系统和氧传感器。窗口越宽，则表示催化剂的实用性能越好，同时也对电控系统控制精度的的实用性能越好，同时也对电控系统控制精度的要求越低。要求越低。第32页/共76页第三十三页，共76页。第33页/共76页第三十四页，共76页。开环电子控制燃油供给系统无法保证空燃比的精确控制。如图开环电子控制燃油

32、供给系统无法保证空燃比的精确控制。如图6-676-67所示，其净化所示，其净化(jnghu)(jnghu)效率平均为效率平均为6060左右，而使用同样催化剂的闭左右，而使用同样催化剂的闭环电控系统的平均净化环电控系统的平均净化(jnghu)(jnghu)率可达率可达9595第34页/共76页第三十五页，共76页。(4)空速特性(txng)。空速是空间速度的简称SV(Space Velocity)被定义为每小时流过催化剂的排气体积流量(换算到标准状态)与催化剂容积之比，它表示了反应气体在催化剂中停留的时间。如图6-68所示，性能差的催化器尽管在低空速(如怠速)时表现出很高的转化效率但在高空速(实

33、际行驶)时的转化效率是很低的，因而仅用怠速工况评价催化剂的活性是不合理的。第35页/共76页第三十六页，共76页。第36页/共76页第三十七页，共76页。(5)(5)催化器的流动特性。催化器的流动特性。汽车用催化转化器的流动阻力增大了发动机汽车用催化转化器的流动阻力增大了发动机的排气背压，背压过大使排气过程的推出功增加，的排气背压，背压过大使排气过程的推出功增加，消耗同样的燃料所输出的有用功减少，使残余废消耗同样的燃料所输出的有用功减少，使残余废气量增大，发动机的充气效率降低，同样汽缸容气量增大，发动机的充气效率降低，同样汽缸容积所能利用的燃料化学能减少。残余废气量的增积所能利用的燃料化学能减

34、少。残余废气量的增加，又引起燃烧热效率下降，这些都使发动机的加，又引起燃烧热效率下降，这些都使发动机的经济性和动力性降低。经济性和动力性降低。国外好的三元催化转化器对燃油消耗率和输出国外好的三元催化转化器对燃油消耗率和输出功率的负面影响均在功率的负面影响均在2 2以下，我国有关催化器以下，我国有关催化器的技术要求中暂定为不超过的技术要求中暂定为不超过3 3一一5 5。所以，探。所以，探讨讨(tnt(tnt o)o)影响汽车用催化转化器流动阻力的因素，影响汽车用催化转化器流动阻力的因素，研究减小流动阻力的途径是非常有必要的。研究减小流动阻力的途径是非常有必要的。第37页/共76页第三十八页，共7

35、6页。(6)(6)催化剂的耐久性及失活机理。催化剂的耐久性及失活机理。催化剂经长期使用后，其性能将发生催化剂经长期使用后，其性能将发生(fshng)(fshng)劣化，亦称失活。国外一般要求新车用催化剂在劣化，亦称失活。国外一般要求新车用催化剂在使用使用5 5万万mile(8mile(8万万km)km)后整车排放仍能满足法规限后整车排放仍能满足法规限值，而近年来对催化剂的耐久性要求已提高到值，而近年来对催化剂的耐久性要求已提高到8 8万万milemile甚至甚至l0 l0万万milemile。影响催化剂寿命的因素有如。影响催化剂寿命的因素有如表表6-46-4所示的所示的4 4类，即高温失活、化

36、学中毒、结焦类，即高温失活、化学中毒、结焦与堵塞以及机械损伤。与堵塞以及机械损伤。第38页/共76页第三十九页，共76页。第39页/共76页第四十页，共76页。实际中引起催化器高温失活的原因有：(1)发动机失火使未燃混合气在催化剂中发生剧烈氧化放热反应；(2)汽车连续(linx)高速大负荷运行；(3)为减少冷起动排放而紧靠发动机设置的初级催化剂受到更严酷的高温。第40页/共76页第四十一页，共76页。如表6-4所示，车用催化剂中毒的来源主要是燃料和润滑油中的Pb、S和P。毒物主要吸附在催化剂活性表面上，并形成一种化学吸附络合物。其中，Pb中毒往往是不可逆的，催化剂在含Pb气氛中工作几十小时就会

37、完全丧失(sngsh)活性；而S、P、C0的中毒则在一定条件下(如高温氧化条件)可恢复催化剂的活性。第41页/共76页第四十二页，共76页。4汽油机稀燃催化剂 稀燃汽油机在大部分工况下处于空燃比过稀状态下工作，一般三元催化剂无法适用。尽管有多种可能用于稀燃汽油机的催化剂方案，但现在已实用化并成功(chnggng)地应用于缸内直喷式汽油机的主要是N0 x吸附还原型三元催化剂。第42页/共76页第四十三页，共76页。如图如图6-836-83所示，吸附还原型三元催化剂的活性成分是贵所示，吸附还原型三元催化剂的活性成分是贵金属和碱土金属金属和碱土金属(或稀土金属或稀土金属)。当发动机在稀燃状态工作。当

38、发动机在稀燃状态工作时，排气处于时，排气处于(ch(ch y)y)氧化气氛，在贵金属氧化气氛，在贵金属(Pt)(Pt)的催化作用的催化作用下，下，N0N0与与0202反应生成反应生成N02N02，并以硝酸盐，并以硝酸盐(N03)(N03)的形式被吸的形式被吸附在碱土金属表面。同时，附在碱土金属表面。同时，C0C0和和HCHC被氧化反应成被氧化反应成C02C02和和H20H20后排出催化器。后排出催化器。而当发动机在浓混合气状态下运转时，形成还原气氛，而当发动机在浓混合气状态下运转时，形成还原气氛，作为还原剂的作为还原剂的c0c0、HcHc和和H2H2与从碱土金属表面析出的与从碱土金属表面析出的

39、N0N0小小反应，生成反应，生成c02c02、H20H20和和N2N2，同时使碱土金属得到再生。，同时使碱土金属得到再生。第43页/共76页第四十四页，共76页。第44页/共76页第四十五页，共76页。三、非排气污染物控制技术 所谓非排气污染物是指由排气管以外的其他途径排放到大气(dq)中的有害污染物。主要是指曲轴箱窜气和燃油蒸发所产生的HC排放。在汽车所排放到大气(dq)中的HC总量中，来自曲轴箱窜气的占25，来自燃油系统蒸发的占20，其余55来自排气管。第45页/共76页第四十六页，共76页。1曲轴箱强制(qingzh)通风装置第46页/共76页第四十七页，共76页。2燃油蒸发(zhngf

40、)控制系统第47页/共76页第四十八页，共76页。四、柴油机排气后处理技术 柴油机的主要排气污染成分是微粒(PT)和N0 x，尽管有多种方案被提出并被研制开发，但目前被认为有实用可能(knng)的有以下几种：(1)氧化催化转化器用于降低SOF(可溶性有机成分)、Hc和c0；(2)微粒捕集器用于降低微粒排放；(3)N0 x还原催化转化器用于降低N0；排放第48页/共76页第四十九页，共76页。1氧化催化转化器 柴油机用氧化催化剂，原则上可以与汽油机的相同，活性成分可用Pt。采用(ciyng)氧化催化剂的目的主要是降低微粒排放。尽管由于柴油机排气温度较低，使得微粒中的炭烟难以氧化，但微粒中的SOF

41、可以得到催化氧化，最终获得降低微粒排放的效果。同时，也可使本来已不成问题的柴油机HC和C0进一步降低第49页/共76页第五十页，共76页。由于柴油中含有较高的硫，燃烧后生成s02，经催化器氧化后会变为s03，然后与排气中的水分化合生成硫酸盐。如图6-88所示，催化氧化效果越好，硫酸盐生成越多，不但抵消掉了SOF的减少，反而使微粒排放上升，甚至达到不安装催化器时的89倍的实例也有报道。同时(tngsh)，硫也是催化剂中毒劣化的原因之一。因此，减少柴油中的硫含量就成了使用氧化催化剂的先决条件。第50页/共76页第五十一页，共76页。美国从1993年10月，日本从1997年10月已分别开始将车用柴油

42、的含硫量限制在0.05(质量)以下。另外，Pd尽管(jn gun)活性不如Pt，但产生的硫酸盐要少得多，同时价格也便宜，因此也有选择Pd作为柴油机氧化催化剂的活性成分的。目前，氧化催化转化器在欧洲和德国一些柴油机轿车上得到应用，而在美国和日本等国应用并不普遍。第51页/共76页第五十二页，共76页。2 2微粒捕集器微粒捕集器 微粒捕集器也称柴油机排气微粒过滤器微粒捕集器也称柴油机排气微粒过滤器DPF(Diesel Particulate Filter)DPF(Diesel Particulate Filter)。这是目前国际上最。这是目前国际上最接近商品化的柴油机微粒后处理技术。接近商品化的柴

43、油机微粒后处理技术。19851985年，年，为满足美国对柴油轿车严格的排放法规，由德国为满足美国对柴油轿车严格的排放法规，由德国奔驰公司最先应用在出口美国加利福尼亚州的轿奔驰公司最先应用在出口美国加利福尼亚州的轿车上。但后来随着世界性的石油危机逐渐消除，车上。但后来随着世界性的石油危机逐渐消除，油价下降，柴油轿车在美国市场几乎消失，微粒油价下降，柴油轿车在美国市场几乎消失，微粒捕集器的应用。也陷于中断。当然这也与微粒捕捕集器的应用。也陷于中断。当然这也与微粒捕集器尚不能满足低价、高耐久性和高可靠性的市集器尚不能满足低价、高耐久性和高可靠性的市场要求场要求(yoqi)(yoqi)有关。有关。第5

44、2页/共76页第五十三页，共76页。1)微粒捕集器的构造 作为(zuwi)微粒捕集器的过滤材料可以是陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属蜂窝载体和金属纤维编织物等，甚至还有用空滤器那样的纸滤芯的。当然，进入纸滤芯前的排气温度不能高于100130度。由于纸滤芯成本低，使用后可直接更换。第53页/共76页第五十四页，共76页。其结构如图其结构如图6-89a)6-89a)所示，其主要结构参数以及与所示，其主要结构参数以及与催化剂载体的对比见表催化剂载体的对比见表6-56-5。如图所示，与一般催化剂载体不同的是，这种微如图所示，与一般催化剂载体不同的是，这种微粒捕集器的壁面是多孔陶瓷，相邻的两个通道中，

45、粒捕集器的壁面是多孔陶瓷，相邻的两个通道中，一个通道的出口侧被堵住，而另一通道的进口侧被一个通道的出口侧被堵住，而另一通道的进口侧被堵住。这就迫使排气由入口敞开的通道进入，穿过堵住。这就迫使排气由入口敞开的通道进入，穿过多孔陶瓷壁面进入相邻的出口敞开通道，而微粒就多孔陶瓷壁面进入相邻的出口敞开通道，而微粒就被过滤在通道壁面上。这种微粒捕集器对炭烟的过被过滤在通道壁面上。这种微粒捕集器对炭烟的过滤效率滤效率(xio l(xio l)可达可达9090以上，可溶性有机成分以上，可溶性有机成分SOFSOF(主要是高沸点主要是高沸点HC)HC)也能部分被捕集。但这种捕集作也能部分被捕集。但这种捕集作用受

46、温度的影响很大，排气温度较低时沉积在壁面用受温度的影响很大，排气温度较低时沉积在壁面的的HCHC成分将在排温升高时重新挥发出来，并排向成分将在排温升高时重新挥发出来，并排向大气。大气。第54页/共76页第五十五页，共76页。第55页/共76页第五十六页，共76页。2)微粒捕集器的再生 与催化器不同的是，一般微粒捕集器只是一种物理性的降低排气微粒方法。随过滤下来的微粒的积累，造成排气背压增加，招致发动机动力性和经济性恶化。因此，必须及时除去微粒捕集器中的微粒，以便能继续(jx)工作。除去微粒捕集器中积存的微粒称为再生，这是微粒捕集器实用化中的关键技术。第56页/共76页第五十七页，共76页。目前

47、被认为有希望的微粒捕集器再生方法可分目前被认为有希望的微粒捕集器再生方法可分为两类，即断续加热再生和连续催化再生，其工为两类，即断续加热再生和连续催化再生，其工作原理分别如下。作原理分别如下。(1)(1)断续加热再生，即断续加热再生，即DPFDPF，每工作一段时间后，每工作一段时间后，即采用电加热或燃烧器加热消除微粒的方法。即采用电加热或燃烧器加热消除微粒的方法。微粒氧化的要素是高温、富氧和氧化时间。微粒氧化的要素是高温、富氧和氧化时间。例如，在氧浓度例如，在氧浓度5 5以上，排气温度以上，排气温度650650以上，以上，微粒的氧化也要经历微粒的氧化也要经历2min2min。而实际柴油机排气温

48、。而实际柴油机排气温度一般小于度一般小于500500度，一些城市公交车排温甚至在度，一些城市公交车排温甚至在300300以下，排气流速也很高，因而在正常条件以下，排气流速也很高，因而在正常条件下难以烧掉微粒。提高下难以烧掉微粒。提高(t go)(t go)排温往往又伴随着排温往往又伴随着燃油经济性的恶化。燃油经济性的恶化。第57页/共76页第五十八页，共76页。在实际在实际(shj)(shj)使用加热再生方式时，需要一套复杂使用加热再生方式时，需要一套复杂的控制系统。图的控制系统。图6-906-90给出了一例微粒捕集器及其控给出了一例微粒捕集器及其控制系统。制系统。排气系统中装有两个微粒捕集器

49、，当一侧的捕集排气系统中装有两个微粒捕集器，当一侧的捕集器由于微粒的存积使排气背压升高到一定限值时，器由于微粒的存积使排气背压升高到一定限值时，再生系统启动，通过电磁阀切换，使排气流向另一再生系统启动，通过电磁阀切换，使排气流向另一侧的捕集器；侧的捕集器；同时对积存了微粒的捕集器进行电加热以烧掉微同时对积存了微粒的捕集器进行电加热以烧掉微粒使其再生。这样，两侧的微粒捕集器就交替工作粒使其再生。这样，两侧的微粒捕集器就交替工作或再生。当然，只用一只微粒捕集器，根据背压信或再生。当然，只用一只微粒捕集器，根据背压信号断续加热再生的例子也很多。号断续加热再生的例子也很多。第58页/共76页第五十九页

50、，共76页。(2)连续再生，即微粒捕集器边工作边再生的方法。通过在陶瓷载体(zit)表面涂贵金属元素，使得微粒的起燃温度下降至450度，常用金属有Ce等。由上可知，连续再生法与断续再生法相比，具有装置简单，不需耗费外加能量等优点。因而，带有连续再生的微粒捕集器目前被普遍看好，未来若干年有望成为柴油机微粒净化的实用技术。第59页/共76页第六十页，共76页。n n颗粒过滤器颗粒过滤器n n3.0I-V6-共轨柴油机上使用了无催共轨柴油机上使用了无催化净化添加剂的颗粒过滤器。化净化添加剂的颗粒过滤器。n n这个所谓的这个所谓的“催化炭烟过滤器催化炭烟过滤器”（CSF）有一个含有贵金属的过）有一个含