08第八章 内燃机排气后处理与排放法规

SV
(h 1 )
催化器排气出气体量（ dm3 催化器（ dm3）
/
h）
扩张角=70度 扩张角=60度
扩张角=40度
流动特性
催化器入口处流速 为26.0 m/s N=3000r/m
催化器入口处流 速为32.0 m/s N=4000r/m
催化器入口处流速 为38.0 m/s N=5000r/m
催化器入口处流速 为43.0 m/s N=6000r/m
车用柴油机的微粒捕集器正在开发之中，已研制的样 品可降低柴油机微粒排放50％~80％。
为了进一步改善汽油机性能和排放，缸内直接喷射技 术已经成为研究开发的热点，同时正在开发富氧条件 下NOx还原的催化技术，该技术对于柴油机NOx的净化 同样意义重大。
一、汽油机三效催化转化器 二、柴油机排气微粒捕集器
柴油机机后净化措SC施R 4NO
+
O2
+
4N(HC3OMPOSITE
GENERATED
FROM
INDUSTRY EXPERIENCE)
4N2 + 6H2O
2NO2 + O2 +N64O0 NxHTR3ANDSIiEeNsTPetC-ZlOPMaPOrtSiIcTEuRlaEDteUCFTIiOltNe1r5s-30%
3、催化转化器的工作特性
空速特性
耐久特性
流动特性
空然比特性
起燃特性
空速特性
SV也经常简称空速，主要用于评 价催化器的安装占用空间的程度。 显然，在同样的排气流量下，排 气催化转化器所允许的空速SV越 大，催化器的体积就越小。或者 说，SV越小，在同样的排气流量 下，反应气体在催化器中的停留 时间越长，转换效率越高。
2、催化转化器的结构
外壳
减振密封垫
载体与催化剂
催化 转化 器的 结构
椭 圆 形
载体与催化剂 贵金属Pt,Rh,Pd
源自文库氧化铝
载体
助催化剂
催化剂涂层
不锈钢外壳催化转化器
催化剂的活性材料
三效催化剂的主要活性材料是贵金属铂Pt和铑 Rh。Pt主要催化CO和HC的氧化反应，Rh催化NOx 的还原反应。一般贵金属的用量为每升载体1g， Pt/Rh比为5：1左右。由于Pt很贵，也有研究用 钯Pd部分或全部代替Pt。Pd的氧化活性不错， 但其晶体结构容易容纳杂质，易受杂质中毒。 为进一步降低成本，正在大力研究用钙钛矿型 稀土催化剂(或加上过渡金属氧化物催化剂)代 替贵金属的可能性，但尚未大量用于汽车发动 机。
流动特性
化学老化 热老化
积垢老化 机械老化
中 毒 ： 不 可 逆 活性组分的烧 碳沉积（结碳） 吸附或发生表 结
面反应
形成合金
抑制：毒物的 竞争可逆吸附 毒物导致催化
载 体 结 构 发 生 变
化
剂表面重构发 贵 金 属 - 贱 金 生载体孔结构 属的
的阻塞
相互作用
贵 金 属 表 面 重 组
贵金属挥发
热冲击 磨损
机械破坏
耐久特性
转换效率
补充！！
转换效率（%） 1
催化器出口浓度 催化器入口浓度
100 %
式中，催化器出、入口浓度分别代表有 害气体（HC、CO、NOx）的浓度。可 见，转换效率表示把HC、CO、NOx等 有害气体转换成无害气体的百分率。转
换效率的测定一般在发动机试验台或装 车试验中进行。
助催化剂
为了改善三效催化剂的性能，除了氧化铝和贵 金属外，三效催化剂中还可能含有各种各样的 添加剂或助催化剂，如镍Ni、铈Ce、镧La、钡 Ba、锆Zr、铁Fe和硅Si等。它们起多种多样的 作用，如加强催化活性、稳定载体以及防止贵 金属烧结等。
近三年来国内贵金属价格变动情况
空然比特性
起燃特性
快速起燃技术——电加热催化转化器 EHC—Electric Heated Catalyst
快速起燃技术——紧耦合型催化转化器
NOx吸附还原技术——吸附过程
——还原过程
DPF Application Example 1 – FBC+DOC+DPF
第四节、柴NO油x/P机M C机ont后rol 净化措施
4、车用三效催化剂的要求
起燃温度低； 有较高的储氧能力，以补偿Φa的波动； 耐高温，不易热老化； 对杂质不敏感，不易中毒； 尽量不产生H2S、NH3等物质； 成本合理。
5、汽油机排气后处理 之未来
载体技术——催化器新型载体
目前，也有用金属作为催化剂的载体材料。一 般用厚度不超过0．1mm的极薄不锈钢带，一层 带波纹一层不带波纹地交替叠合，卷成螺线形 或S形，焊装在金属圆筒内。这种载体的优点是 结构紧凑，热容量小，有利于提高内燃机冷起 动时的净化效果，机械强度和热强度高，工作 可靠；缺点是质量大，成本高，涂敷活性层困 难。它一般做成小的，安装在陶瓷主催化转化 器前，用来改善冷起动净化性能，或用于振动 较大的场合，如摩托车。
P3CNMu-2Z+ 6H2O
NOx CONVERSION EFFICIENCY, %
50
Catalys4t氧0 化催化器（DONCon）-CataSlyOzFed
Solids
第四节 内燃机的排气后处理
通过改进内燃机本身的设计和优化工作过程 来降低污染物的排放，有一定的限度。
汽油机：均匀混合气，即 使偏稀混合气燃烧，CO 也有排出，HC由于多种 原因，也有排出，至于 NOx则是燃烧越完全，生 成越多，缸内控制NOx也 遇到了困难。
柴油机：不均匀混合气压 缩自然的方式，很难从根 本上减小微粒的排放，而 降低NOx的措施往往与降 低微粒排放以及减小燃油 消耗相矛盾，实际技术手 段有限时，只能采用折中 方案。
排放标准日益严格，又需要兼顾动力性、 经济性、排放性的内燃机越来越复杂，成 本急剧上升
开发排气后处理技术
不影响或少影响其它性能的同时，降低排 气污染
现在最成功的排气后处理装置是汽油机用的三效催化 转换器，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量削减了 80％~90％，现已成为汽油车的必备装置。
一、汽油机三效催化转化器
1、催化反应机理 2、催化转化器的结构 3、催化转化器的工作特性 4、车用三效催化剂的要求 5、汽油机排气后处理之未来
1、催化反应机理 H2O
HC
CO2
CO
N2
NOx
CO HC NOx TWYCO2 H2O N2
氧化还原反应，催化剂不参加反应，降低反应物的活化能，加速反应进程