汽油机后处理净化技术之
第4章 汽油机机内净化技术
小尺寸的涡流和湍流，可大大改善混合气
燃烧过程。
第4章 汽油机机内净化技术
高压缩比燃烧系统 燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压 缩比，以获得较好的功率和油耗指标。 一味提高压缩比对排气净化不利。 电控点火系统的采用使精确控制点火定时成 为可能，为高压缩比点燃机在性能与排放方 面得到更好的折中可提供很大的潜力。
第4章 汽油机机内净化技术
EGR率对汽油机净化与性能的影响 废气再循环能有效地降低汽油发动机的 NOx 排放,但进行EGR时必须要考虑其对发动机动 力性、经济性的影响。通常将EGR率控制在 10%～20%范围内较合适。 冷却 EGR 技术 再循环废气经冷却器冷却后 再送入进气端，进一步降低 进气温度，更有利于降低NOx 排放，同时改善燃油经济性。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油喷射电控系统分类
分类方式
按喷油器数目分
主要类别
单点喷射（SPI） 多点喷射（MPI） 按喷射区域分 进气（管)道喷射 缸内喷射 连续喷射 按喷射方式分 间歇喷射 按进气量检测方法分 空气流量型 进气压力型
第4章 汽油机机内净化技术
典型汽油喷射电控系统
1） L－Jetronic系统
该发动机拥有两个化油器或两套进气 管喷射装置，所以可以分别提供不同 过量空气系数的混合气给主、副室的 进气系统。
第4章 汽油机机内净化技术
轴向分层燃烧系统
1-火花塞；2-气缸；3-活塞；4-导气屏进气门；5-喷油器
燃料在涡流作用下，沿气缸轴向产生上浓下 稀的分层。
第4章 汽油机机内净化技术
滚流（纵涡）分层稀燃系统 在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方 向旋转的有组织的空气旋流，称为滚流， 也称为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程 中逐渐被压扁，在上止点附近破碎成许多
4车用汽油机机内净化.doc
第4章 车用汽油机机内净化本章主要内容：介绍了汽油机机内净化技术，包括汽油喷射电控系统及其对排放的影响、典型低排放燃烧系统及其对排放的影响、废气再循环系统的工作原理及其对发动机性能的影响以及其它机内净化技术。
4.1 概述所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
简单说就是降低污染物生成量的技术，如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。
机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。
4.1.1 汽油机的燃烧过程按燃烧过程的物理—化学状态，将燃烧过程分为三个阶段：着火延迟期、明显燃烧期和补燃期。
汽油机燃烧过程的展开示功图如图4-1所示。
汽油和空气按一定的比例组成的混合气，进入气缸后被压缩受热。
火花塞跳火放电时，两极电压在15000V 以上，电火花能量40～80mJ ，局部温度达2000℃，致使电极周围的预混合气热反应加速，当反应生成的热积累使反应区温度急剧升高而使火花塞电极附近的混合气着火时，即形成火焰中心。
从电火花跳火到形成火焰中心阶段称为着火延迟期，如图4-1中的1～2点。
这是燃烧的第I 阶段。
燃烧第Ⅱ阶段是指火焰由火焰中心传播至整个燃烧室，约90%的燃料被烧掉。
如图4-1中的2～3点，被称为明显燃烧期。
在均质预混合气中，火焰核心形成后，即以此为中心，由极薄的火焰层（即火焰前锋）开始向四周未燃混合气传播，直到火焰前锋扫过整个燃烧室。
这一期间的燃烧是急剧的，燃烧室的温度和压力急剧上升，通常将缸内压力达到最大值时作为急燃期的终点。
在此阶段中压力升高率和最高燃烧压力到达时刻是两个重要指标，会对发动机动力性、经济性和排放产生重大影响。
从到达最高燃烧压力点3至燃料基本完全烧完为止称为补燃期，即燃烧的第Ⅲ阶段。
此时混合气燃烧速度已开始降低，加上活塞向下止点运动，缸内压力开始下降。
汽油机机内净化技术
汽油机机内净化技术秦海华机内净化就是指从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进汽油机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
1、大力推广汽油喷射电控系统汽油喷射电控系统就是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经过微机判断和计算，来控制发动机在不同的工况下的喷油时刻、喷油量、点火提前角等，使发动机在不同工况下都能获得合适空燃比的混合气，提高燃油的燃烧效率，从而达到降低汽油机污染物排放的目的。
（1）典型汽油喷射电控系统电控汽油喷射系统的特点：①采用电控汽油喷射，用微机来控制每循环的喷油量和喷油时刻，可以按各种工况的要求对燃油量进行校正，其废气排放指标比化油器汽油机好得多。
②在电控多点喷射系统中，每缸采用单独喷油器供油。
这样，可提高各缸空燃比的均匀性和喷油量的精确性。
③燃油雾化特性是由喷油器的特性决定的，与汽油机的转速无关。
因此，启动时仍能保持良好的雾化特性，起动性能良好，且起动时HC排放量少。
④进气系统中没有化油器喉管的节流作用，减少了进气系统的阻力损失，充气效率高。
典型汽油喷射电控系统①L-Jetronic系统；②Motronic系统（2）喷油控制喷油时刻的控制方式：同时喷射、分组喷射、顺序喷射喷油量的控制：喷油量的控制亦即喷油持续时间的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合各工况的需要。
方式：起动喷油控制、运转喷油控制、断油控制（超速断油控制、减速断油控制）、反馈控制喷油控制对排放的影响①氧传感器及三效催化转化器闭环控制汽油机的空燃比接近理论空燃比时，三效催化器的转化效率最高，这是通过氧传感器闭环控制来实现的。
其净化机理是当催化转化器达到起燃温度后，有害气体通过三效催化器时，在贵重金属催化剂作用下，发生氧化还原反应，转化为无害气体。
②冷起动及暖机阶段排放控制冷起动时，发动机不是工作组化学计量比附近，且催化剂处于低温状态，远未达到起燃温度（250-300℃），这就使HC排放很高。
汽油机改装货车的空气过滤与净化技术
汽油机改装货车的空气过滤与净化技术随着交通运输业发展迅速，货车数量不断增加，排放的废气也成为了环境污染的一个重要来源。
为了减少货车尾气对环境的影响，提高空气质量，汽油机改装货车的空气过滤与净化技术变得尤为重要。
本文将重点介绍汽油机改装货车的空气过滤与净化技术及其优势。
首先，我们需要了解汽油机改装货车的空气过滤器的意义和作用。
空气过滤器是一项重要的技术装备，其主要作用是过滤空气中的尘埃、颗粒物和有害物质，防止它们进入汽油机燃烧室，降低发动机的磨损和故障率。
车辆的空气过滤器在行驶过程中能有效阻挡尘土、杂质、花粉等，从而减少空气污染的程度。
改装后的空气过滤器能更好地提高货车的空气质量，降低废气排放对环境的影响。
为了实现更好的空气过滤和净化效果，改装的空气过滤器可以采用更高效的过滤材料，如活性炭、HEPA滤网等。
活性炭可以吸附空气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物和臭气，从而提高空气质量。
HEPA滤网则能高效地过滤空气中的微小颗粒物，如PM2.5，减少对人体和环境的危害。
通过使用这些高效的过滤材料，汽油机改装货车的空气过滤器可以有效地净化空气，提高车内空气质量。
除了改进空气过滤器，汽油机改装货车还可以采用其他的空气净化技术，如电离空气净化技术和臭氧净化技术。
电离空气净化技术通过产生负离子来清洁空气，负离子可以与空气中的灰尘、细菌和病毒结合，使其沉积下来，从而达到净化空气的目的。
臭氧净化技术则是利用臭氧气体的强氧化能力，可以分解和去除空气中的有害气体和异味。
这些额外的空气净化技术可以与改装后的空气过滤器相结合，进一步提高货车的空气净化效果，保护驾驶员和行人的健康。
此外，为了进一步提高货车的空气质量，我们还可以采用定期更换空气过滤器的方式。
空气过滤器的效果会随着使用时间的增长而逐渐降低，所以定期更换空气过滤器可以保证其过滤效果的稳定性。
根据使用情况，建议更换空气过滤器的时间间隔为6个月至1年。
定期更换空气过滤器可以有效地保持货车的空气质量，减少废气对环境的影响。
汽油机后处理净化技术
贵金属Pt,Rh,Pd
载体与催化剂
氧化铝
载体
助催化剂 催化剂涂层
4.2.3 催化反应机理
1. 氧化反应：
CO O2 CO2 H 2 O2 H 2O HC O2 CO2 H 2O
2.还原反应：
CO NO CO2 N 2
HC NO CO2 N2
H 2 NO H 2O N 2
催化剂涂覆示 意图
三效催化转化器的基本结构
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4.2.2 催化剂的种类
1. 铑（Rh）： 铑是三效催化剂中控制氮氧化物的主 要成分，这种高活性与其能有效地分解NO分子有关。 在催化转化器中，铑的典型用量是0.18~0.3g。
2. 铂 （Pt）：铂在三效催化剂中的主要作用是转化一 氧化碳和碳氢化合物。铂在三效催化剂中的典型用量 为1.5~2.5g。
概述
三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技术
三效催化转化器一般采用蜂 窝结构载体，蜂窝表面有涂层和 活性组分，与废气的接触表面积 大，当发动机的空燃比在理论空 燃比附近时，催化剂可将90%的 碳氢化合物和一氧化碳及70%的 氮氧化物同时净化。对我们的环 境保护起到了关键作用。三效催 化转化器发展最快。
三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 和氮氧化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
三元催化器的位置
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和 HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而 CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 （14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
汽车排放及控制技术第四章 汽油机机内净化技术
一、典型汽油喷射电控系统
电控汽油喷射系统 ，简称为ＥＦＩ。
(１) 废气排放指标比化油器汽油机好得多。
特点 (２) 每缸采用单独喷油器供油，可提高各缸空燃比的均匀性和喷油 量的精确性。 (３) 起动时仍能保持良好的雾化特性，起动性能良好，且起动时Ｈ
Ｃ 排放量少。
(４) 进气系统的阻力损失减少，充气效率高。 (１)按喷油器数目分:单点喷射(ＳＰＩ)、多点喷射(ＭＰＩ)。 类型
(２)按喷射区域分:进气(管)道喷射、缸内喷射。
(３)按喷射方式分:连续喷射、间歇喷射。 (４)按进气量检测方法来分:空气流量型和进气压力型。
一、典型汽油喷射电控系统
典型汽油喷射电控系统
特点： 电控单元以由节气门开度决定 的吸入空气量为控制喷油量的 基础，以空气流量计和转速传 感器检测到的空气流量和发动 机转速为确定基本喷油量的依 据，采用分组喷射方式，曲轴 每转一周各组喷射一次。
(４)选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室，缩短燃烧室狭缝长度，
适当提高燃烧室壁温，以削弱缝隙和壁面对火焰传播的阻挡与淬熄 作用，可以降低ＨＣ和ＣＯ 的排放量。
(５)采用废气再循环技术。
(６)采用增压技术，如废气涡轮增压，对提高汽油机功率和改善其 燃油经济性及排放都有 积极意义。 (７)采用可变气门正时技术。
它是在L-jetronic系统的基础上，用一个控制单元将最重要的喷油量控制 和点火控制集中在一起，加上其他控制内容，形成一个集中电控系统，即电
控发动机管理系统(ＥＭＳ)。
特点： 整个系统除喷油和点火两个基本子系统外，可根据控制项目扩展的 需要而设置其他控制装置，在一个电控单元上实现多参数、多目标的程 序控制，具有很好的灵活性和适应性。 电控单元根据不同的控制内容，按所存储的由发动机台架试验得到 的有关三维脉谱图确定基本控制量，简化了控制程序，提高了控制精度。 系统具有故障自诊断、安全保护功能及应急状态控制功能。 在使用三效催化转化器时，系统具有用氧传感器进行空燃比反馈控
浅谈汽油机污染物排放及净化措施
浅谈汽油机污染物排放及净化措施论文导读：随着汽车数量的持续增长，我国汽车污染物排放总量持续攀升，这对我国的空气环境质量带来很大的影响，如何让人们即享受到经济发展后的交通便利，又能有效地降低汽车污染物排放对环境的危害，越来越成为摆在各级环境保护工作者面前的严峻问题。
汽油机尾气成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(B8P)等。
关键词：汽油机，污染物排放，净化措施进入21世纪以来，中国汽车需求量和保有量呈现加速增长的趋势，而且随着国民经济的快速发展、居民收入的提高、汽车价格的下降和消费环境的改善，中国汽车市场规模将继续扩大。
随着汽车数量的持续增长，我国汽车污染物排放总量持续攀升，这对我国的空气环境质量带来很大的影响，如何让人们即享受到经济发展后的交通便利，又能有效地降低汽车污染物排放对环境的危害，越来越成为摆在各级环境保护工作者面前的严峻问题。
一、汽油机排放污染物的来源、危害和生成机理汽油机尾气成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(B8P)等。
1. 汽油机排放污染物的来源汽油机排放污染物的来源有三个方面。
一是排气污染，是由排气管中排出的废气引起的，废气中含有CO、HC、NOx、铅化物、硫化物等污染物；二是窜缸混合气，它是从活塞环与气缸的间隙漏入曲轴箱，再由曲轴箱通风管排出的未燃烧的燃料混合物，主要成分是HC；三是汽油蒸发，从汽油箱、浮子室、油管接头挥发的汽油蒸发后进入大气，主要成分也是HC。
2. 汽油机排放污染物的危害CO是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，它与人体血液中的血红素有很强的亲和力，使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。
当环境中CO的浓度超过100 ppm(100×10-6)时，人体就会产生头晕、乏力等不适感；随着CO浓度的增加，会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状；当CO浓度超过600 ppm时，短期内会引起窒息死亡。
汽油机后处理净化技术
第4章 汽油机后处理净化技术
4.1 概述 4.2 三效催化转化器 4.3 热反应器与空气喷射 4.4 稀薄燃烧汽油机尾气净化技术
太原理工大学车辆工程系
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
1
4.1
概述
汽车排放与控制技术
太原理工大学车辆工程系
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
2
汽车排放与控制技术
机内净化技术
以改善发动机燃烧过程为主，对降低排气 污染起到很大作用，但不同程度地给汽车的 动力性和经济性带来负面影响。
随着对发动机排放要求的日趋严格，改 善发动机工作过程的难度越来越大，能统筹 兼顾动力性、经济性和排放性能的发动机将 越来越复杂，成本也急剧上升。因此，世界 各国都先后开发太原废理气工大后学车处辆工理程净系 化技术。
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汽车排放与控制技术
三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 太原理工大学车和辆工氮程氧系 化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
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三元催化器的位置
汽车排放与控制技术
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和 HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而 CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 （14.7）附近时，氧化太-还原理原工反大学应车达辆工到程平系 衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
汽油机后处理净化技术
第二节 三效催化转化技术
二、催化反应机理
催化作用的核心是催化剂。 催化剂是一种能够改变化学反应达到平衡的速率 而本身的质量和组成在化学反应前后保持不变的物质。
化学动力学过程三个步骤的机理如下:
１)吸附过程 吸附作用是一种或数种物质的原子、分子或离子附着在另一种物质表面上 的过程。
２)表面反应过程 反应物分子吸附在催化剂表面的活性中心后，它们就分别开始与同样吸附 在活性中心的氧化剂分子或还原剂分子发生氧化还原反应。 ３)脱附过程 当表面反应过程完成后，生成的反应产物分子就会从催化剂表面的活性中心 脱离出来，为表面反应的继续进行空出活性位，这个过程称为脱附。
2020/3/4
第二节 三效催化转化技术
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第二节 三效催化转化技术
２. 与国际接轨的现行国家排放标准 国家技术监督局曾于1999年3月10日颁布了4项国家汽车排 放标准。分别是«汽车排放污染物限值及测试方法»(GB14761— 1999)、«压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排放污染物 排放限值及测试方法»(GB1769１—1999)、«压燃式发动机和装 用燃式发动机的车辆排气可见污染物排放限值及测试方法 »(GB3847—1999)、«汽车用发动机净功率测试验方法»(ＧＢ/ Ｔ 17692—1999)。
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第二节 三效催化转化技术
NO是无色无味气体，稍溶于水，只有轻度刺激 性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍， NO可被氧化成NO2 。
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4 第光二化节学烟三雾效催化转化技术
光 化 学 烟 雾 是 汽 车 排 放 到 大 气 中 的 HC 和 NOX在太阳光能(作用下进行光化学反应生成臭氧、 醛类和过氧化酰基硝酸盐等形成的一种浅蓝色烟雾 ，它是一种强刺激性有害气体的二次污染物， 这 种污染事件最早出现在美国洛杉矶，所以又称洛杉 矶光化学烟雾。
汽车排放及控制技术第6章_汽油机后处理净化
：
三效催化转化器工作过程
蜂窝载体简化成轴对称 的二维模型
i R 总体反应速率 S
1 1 1 i i i RS Rm RC
温度低时，总体的催化反应 速度几乎完全取决于化学反 应速度； 温度高时，总体催化反应速 度几乎完全取决于传质速率。
提问5
1、柴油机的机内净化措施有哪些？ 2、柴油机的机内净化的喷射系统改进主要考虑哪些 方面？ 3、合理的喷油规律是什么？ 4、柴油机电控系统发展经历那几个阶段？ 5、柴油机高压共轨系统有哪些特点？ 6、废气再循环后可使NOX大幅度降低，但会使CO、HC 和烟度大幅增加，应如何解决？ 7、柴油机增压后NOx排放会增加，应如何解决？ 8、均质压燃柴油机有怎样的排放特性？
催化转化器对某种污染物的转化效率，取决于污染物的组成、 催化剂的活性、工作温度、空间速度及流速在催化空间中分布的 均匀性等因素。它们分别可用催化器的空燃比特性、起燃特性和 空速特性表征；而催化器中排气的流动阻力则由流动特性表征。
三效催化转化器的性能指标
性能指标
转化效率
排气流动 阻力
空燃比特 性
起燃特性
空速特性
流动特性
第6章
车用汽油机后处理净化
空燃比特性
转化效率随α或 Фa 的变化称为催化器的 空燃比特性
图6-3 过量空气系数对三效催化转化器 转化效率的影响
第6章 车用汽油机后处理净化
起燃特性
催化剂只有达到一定温度才能开始工作，称为起燃。
图6-4 三效催化剂的起然温度特性
第6章 车用汽油机后处理净化
机内净化技术
以改善发动机燃烧过程为主要内容，对降低 排气污染起到了较大作用，但其效果有限，且不 同程度地给汽车的动力性和经济性带来负面影响。 随着对发动机排放要求的日趋严格，改善发动机 工作过程的难度越来越大，能统筹兼顾动力性、 经济性和排放性能的发动机将越来越复杂，成本 也急剧上升。
内燃机排放与控制第3章 汽油机机内净化技术
3.1 概述 3.2 电控燃油喷射及点火系统 3.3 低排放燃烧系统 3.4 燃烧室及进气系统结构改进 3.5 废气再循环 3.6 汽油蒸气排放控制 3.7 曲轴箱排放控制
机内净化
所谓机内净化就是从有害排放物的生成 机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过 程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各 种技术。
减速断油控制过程是由ECU根据节气门位置、发动 机转速、水温等运转参数作出综合判断，在以下三 个条件同时满足时执行减速断油控制：
a.节气门位置传感器的怠速开关接通； b.发动机水温已达正常； c.发动机转速高于系统设定的断油转速限值。
断油转速与发动机水 温、负荷和空调的使 用与否等参数有关， 通常水温越低负荷越 大和使用空调时，断 油转速越高。图给出 了燃油停供与恢复喷 油转速随冷却水温变 化的关系。
第II阶段2—3称为急燃期，是指火焰由火
焰可压中称力滞性心为升燃能1烧火高)期。遍焰很燃第燃止的整传快料期。I长I个播，本I阶终短燃阶压第是身段点与烧段力的图I指33阶下室。升分—至上电列的在高段子4燃的称因火阶这率结料点称为素段一为构基3花后为有表，阶和本燃跳关示因段着物上期：燃火此内理完火，烧也，化全到它阶室学燃相形主段烧当要成点，于容4急为积 dp/dφ=20) .开2已~始0被.点4火M火火P焰时a焰充/[气(中满°缸，)心（内混C气的合A体）阶气的]燃段压烧力。速、电度开火始降 一的率般程与温燃3用度压) 度期过压。力。短量力振升低缸要它。空升动高，中是与气高和率加比湍压系率噪密花后上力流缩数代声切在，活从火比表水相。上混塞点焰有发平关试向前3关止合动、，验开下锋，机火因表始点气止后压工焰此明下前中点面缩作传火，降加没比并θ粗播焰汽。速有角高暴速传油在不移完，跳/后空立功全滞燃火，燃即期使烧以中气掉上 播速气率混高合的的气可燃在燃料α混产=，0合生.以8气~火及0均.附9焰促时在使，。气压最高缸力短壁速升（面高摄图亡影的混表合气 率对温增压度急5增加力点燃—加45，升3期9))’。(）同高残气终有层C在放电。样率余缸点时O继膨出极火也废内一32和续胀热和间花有明再个气混般H燃过量3隙塞影量合为2’，亮燃点O烧程，处位响增气最重的在，烧。中一，置。加运高合离此温般也这时1、，动压)解外度也点可；燃强τ力段间i现，下作增能当烧，亮点象时的汽降后加在然室则3后或比油后燃。电，间1型τ最柴机又看，5i极若稍式约％高油燃部待间取有到占机烧分。隙左2严产复整点右重物合，，中旧 放则最热更高附率为燃近6对骤合烧)火。于然理压良前花电下。力好能1火降点2为，量花的3但始~了到一大1点时5保一与达般，火(刻C证的般压应τA的作i)汽缩时使汽是缩为油短刻点。油急机按压。，2最机燃在工对气力高而期上作发燃言缸相终止柔动烧，点点压分和机压气、力离力动点开的力3在2性上能 的过功早缸提率，内前、则着角经混止火的(济合d点的办p性气/后时法有必点差d1间来重然2)计甚m达(大过~a2x1算微点到影早5 )，(0的，响点可C.1A所。燃以7)，它5以如，用到~与2滞从3控达0点点.燃2底而制:5到与期引点M片达的P火2a的长’点/[(感相)(CA)] 起加压，短与缩最对柴过高汽油程燃油机负烧机完功压工全的力光作不增过性的同加高能影的，。响。及压相不力反测大升，压，高如这仪率3点一增器到点的是 灵 达过迟，则膨胀比敏将度减有小关，同。时，燃烧
第三章汽油机废气净化与后处理
第三章汽油机废气净化与后处理
碳氢化合物HC的危害
❖ 内燃机排气中HC浓度随着工况与试验条件的不同差别很大，可由几十 ppm到1万多ppm，但和CO相比还低得多。
❖ 碳氢化合物对人类危害最大的是环芳烃，尤其是3.4苯并芘，是一种很强 的致癌物质。
❖ 排气中甲醛和丙烯醛能强烈刺激眼睛及呼吸器官。 ❖ HC也是造成光化学烟雾的主要成分。
❖ 1964年开始使用闭式曲轴箱通风。 ❖ 1973年起使用热转换器（氧化转换器）。 ❖ 1975年起使用三效催化转换器。 ❖ 1976年起使用三效催化转换器与氧（）传感器，
需要时再加上废气再循环，空气二次喷射技术。 ❖ 1980年代，稀燃、分层发动机技术开始应用 ❖ 1990年代，汽油直喷技术开始应用 ❖ 2000年以后，CAI技术开始研究
第三章汽油机废气净化与后处理
汽油机NOx生成机理与影响因素
❖ NOx生成的化学动力学理论基础：
泽尔多维奇（Zeldovitch）链式反应机理； N2+O=NO+N,N+O2=NO+O
❖ NOx生成的条件：
高温； 富氧； 高温持续时间。
❖ 影响汽油机NOx生成的主要因素：
空燃比; 缸内未燃混合气中已燃混合气； 点火定时。
汽油机排放与过量空气系数的关系
第三章汽油机废气净化与后处理
已燃气体量对汽油机NOx的影响
❖ 点燃式内燃机在燃烧前，燃烧室中的混合气 由空气、已蒸发的燃油蒸汽和已燃气体组成。 后者是前已循环留下的残余废气，或加上废 气再循环EGR时的回流气组成。
❖ EGR是降低NOx排放的有效措施之一，详细 内容在3.3.5中已讲。
浓， a可小到0.8甚至更低，CO 排放量很大。
汽车环境保护学-第5讲 汽油机机内净化技术(二)
废气再循环的工作原理
废气再循环技术是控制氮氧化合物排放的主要措施， 它是将汽车排出的一部分废气重新引入发动机进气 系统，与混合气一起再进入气缸燃烧。
废气比热容大，能降低燃烧温度，降低NOx
2
废气再循环
废气混入的多少用EGR率表示，其定义如下：
EGR率=
返回废气量 进气量+返回废气量
100%
过大的重叠角会使发动机燃烧不稳定、失火并 使HC排放量增加等，因此在确定配气相位重叠 角时必须对动力性、经济性和排放性能进行综 合考虑。
EGR率对汽油机净化与性能的影响
废气再循环能有效地降低汽油发动机的NOx排放, 但进行EGR时必须要考虑其对发动机动力性、经 济性的影响。通常将EGR率控制在10%～20%范围 内较合适。
第八节 多气门技术
一、气流组织 二、多气门对汽油机净化与性能的影响
多气门汽油机
每缸多于两个气门 滚流是多气门汽油机缸内气体流动的主要形式 进气道结构是影响滚流强度的主要因素 四气门、五气门 DOHC
多气门对排放和性能的影响
扩大总流通截面积，增大进气流量，降低泵气损失 可实现关闭部分通道，拓宽高效工作范围。 气门变小变轻，开启和关闭速度更快 改善进气能力，提升小负荷工况下的排放
一、均匀混合气的形成 二、燃烧特性 三、均质压燃汽油机的排放特性
均质混合气的形成
进气管汽油喷射，比空燃比控制更精确 缸内直喷
燃烧特性
压缩终了，自行着火 多点同时燃烧，无明显火焰前锋 燃烧温度低，分布均匀 只生成少量NOx和微粒 压缩比高于普通汽油机 采用相当稀薄的混合气 直接调节喷油量，无节气门，无节流损失 接近于理想的等容燃烧，热效率高
满足汽油机车辆排放法规要求的污染物后处理技术 心得体会
满足汽油机车辆排放法规要求的污染物后处理技术心得体会生活中，冷启动时车辆排放污染最严重。
通过改变载体的热容量，改进贵金属催化剂的类型和组分，能明显改善催化剂快速起燃效果，降低催化剂运行所需的尾气温度。
高耐热催化剂，使高温环境下的催化转化器更耐久稳定，催化剂的使用寿命因此延长，催化转化器也能被安装到距离发动机更近的位置。
对贵金属催化剂，通过添加稳定剂及其他稀土材料，使催化剂在1000℃下依然维持高的比表面积。
改进的储氧材料在保持涂层表面积的同时，增大了三元催化剂的特定空燃比工作“窗口”，同时与氧传感器配合以反馈催化剂的“健康”状况，用于在线诊断系统OBD。
“紧耦合”催化剂安装在排气歧管的出气口，使催化剂能够快速进入工作状态。
电加热三元催化剂系统，用一个小的催化剂布置在主催化剂前，其载体通常由金属制成。
电流通过时，载体迅速发热，使催化剂几秒钟就达到了工作温度。
5.汽油机颗粒物的控制技术颗粒物是造成雾霾的主要原因，从环保部门将细颗粒物PM2.5列入空气质量指标以来，在空气污染严重的城市，PM“爆表”的情况时有发生。
根据世界卫生组织公布的研究结果，空气中越细小的颗粒物对人体具有越大的危害。
城区中机动车排放的颗粒物可占颗粒物总量的一半，“冒黑烟”柴油车的颗粒物排放更加严重，但由于国内市区道路基本限行货车且汽油车的保有量巨大，基本上汽油车排放的是超细颗粒物，因此，从国V标准开始，法规要求在申报时对车辆的颗粒物进行测量，而从欧Ⅵ开始，颗粒物数量也被列入限制范围。
控制颗粒物排放最有效的后处理装置是壁流式颗粒捕获器，尾气可从捕获器的一端流入通道，但通道在另一端封闭，尾气只好通过壁面进入相邻的孔道流出，颗粒物被壁面过滤沉积下来。
捕获器可以由陶瓷，如堇青石、碳化硅，或钛酸铝材料制成。
最新的研究成果表明，极细颗粒物对健康的影响更加显著，因此，最新的欧盟排放法规（例如欧Ⅴ和欧Ⅵ）对极细颗粒设定了颗粒物重量和数量两方面的要求以保证对颗粒物的控制效果。
第6章 汽油机后处理净化
传质过程
反应产物从催化剂内表面脱附
脱附的反应产物自内孔向催化表面扩散 (内扩散)
表面反应过程
（化学动力学 过程 ）
产物分子从催化剂外表面经滞流层向流体主体扩散 (外扩散)
吸附作用是一种或数种物质的 原子、分子或离子（吸附质）附着 在另一种物质（吸附剂）表面上的 过程。
化学动力学过程
吸附过程 表面反应过程 脱附过程
三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技 术。
三效催化转化器一般采 用蜂窝结构载体，蜂窝表面 有涂层和活性组分，与废气 的接触表面积大，当发动机 的空燃比在理论空燃比附近 时，催化剂可将90%的碳 氢化合物和一氧化碳及 70%的氮氧化物同时净化。
目前，电子控制汽油喷射加三效催化转化器已成为国内外 汽油车排放控制技术的主流。
机内净化技术
以改善发动机燃烧过程为主，对降低排气污 染起到很大作用，但不同程度地给汽车的动 力性和经济性带来负面影响。
随着对发动机排放要求的日趋严格，改善发 动机工作过程的难度越来越大，能统筹兼顾 动力性、经济性和排放性能的发动机将越来 越复杂，成本也急剧上升。
后处理净化技术
排气系统
在尽量不影响发动 机性能的同时，在 排气系统中安装各 种净化装置，利用 净化装置在排气系 统中对废气进行处 理来降低最终向大 气环境排放的污染 物。
尽可能减少流经催化转化器气 流的涡流和气流分离现象。
防止气流阻力的增大 ❖ 壳体的形状设计要求
进气端形状设计
保证进气流的均匀性，使废气尽可能均匀分布在载 体的端面上，使附着在载体上的活性涂层尽可能承 担相同的废气注入量，让所有的活性涂层都能对废 气产生加速反应的作用。
三效催化转化器壳体结构及材料
6.2 三效催化转化器
第7章 汽车机外处理净化
等离子辅助催化还原NOX二 级系统
NOx的活性增强：NO NO2 第一阶段：等离子 HC的活性增强：CxHy+O2 CxHyO2 NOx在催化剂作用下选择性催化还原 第七章 车用柴油机后处理净化 第二阶段：催化剂 NOx(NO或NO2 ) CxHyO2 O2 N 2 CO2 H 2 O
催化器与排放法规之间也应有合理的对应关系
催化器性能越好，往往贵金属含量越高，成本越高， 所以汽车和催化器厂家并不单纯追求催化器性能越 高越好，而是更注重催化器性能恰好满足当时排放 法规。
2.热反应器
在排气道出口处安装用 耐热材料制造的热反应 器，使尾气中未燃的碳 氢化合物和一氧化碳在 热反应器中保持高温并 停留一段时间，使之得 到充分氧化从而降低其 排放量。
主动 再生 系统
当过滤体需要再生时， 高压气流从需要再生的 微粒捕集器的排气出口 端高速喷入，逆向流动 的气流将微粒从过滤体 表面清除并落入微粒漏 斗。收集在漏斗里的微 粒由漏斗内的电加热器 燃烧。
喷油 助燃 再生 系统
电加 热再 生系 统
微波 加热 再生 系统
红外 加热 再生 系统
辐射方式
反吹 再生 系统
催化器的安装位置显著影响排气系统波动效应， 进而影响发动机动力性和经济性。
采用催化器时必须对发动机排气系统重新设计， 匹配中应考虑的主要影响因素是排气总管和排 气歧管的尺寸以及配气相位。
第6章 车用汽油机后处理净化
催化器与燃料及润滑油的匹配
催化器与燃料及润滑油的匹配
对于油品中有害成分含量（铅、硫、磷等）尚未实 行控制的地区，应选用抗中毒劣化性好的催化剂。
富氧状况下NOX吸附催化第七章车Fra bibliotek柴油机后处理净化
汽油机国六后处理技术路线
汽油机国六后处理技术路线
近年来，随着世界能源危机的日益凸显，环保关注度不断增强。
为了减少汽车尾气对环境的污染，我国在2019年7月1日开始实施国
六排放标准。
相较于国五标准，国六标准更加严格，要求汽车厂家采
用更为先进的后处理技术，同时也带来更高的成本压力。
汽油车国六后处理技术路线主要包括三部分：燃烧控制技术、三
元催化和GPF滤器。
首先，燃烧控制技术是现代汽车发动机控制系统中的关键技术之一，对于减少污染排放至关重要。
通过对发动机进行燃烧控制，能够
减少燃烧产物中有害物质的生成，从而减少尾气的污染。
与国五标准
相比，国六标准对NOx的限制更为严格，需要采用更精细的燃烧控制，例如使用更高的压缩比、内流阻力更小的进气道、快速燃烧技术等。
其次，三元催化器可以将发动机尾气中的CO、HC和NOx等有害
气体转化成无害的CO2、H2O和氮气。
在国六标准下，三元催化器的转
化效率要求更高，需要采用更优质的材料和更复杂的设计结构，增加
催化面积和减少催化剂的阻力。
最后，GPF滤器是国六标准下必须的一项技术，用于捕捉发动机
尾气中的颗粒物。
在GPF滤器内部，通过网状结构将颗粒物捕获，从
而达到净化排放气体的效果。
相较于DPF滤器，GPF滤器要求更高的捕捉效率，同时也需要更高的耐温、耐腐蚀等性能。
总之，汽油车国六后处理技术路线是一个逐渐递增的过程，要求
汽车厂家在燃烧控制、三元催化和GPF滤器等多个方面进行协同改进，以达到更高的净化效果和更加严格的排放标准。
5第五章内燃机机内净化技术
2-1 低排放燃油喷射系统
理想的喷油规律
最高喷油速率控制
喷 油 速 率
初期喷射期
斜率控制 高断油速率
低喷油 速率 喷油时间 喷油持续期 曲轴转角
初期缓慢，中期急速，后期快断
38
2-1 低排放燃油喷射系统
二、合理喷油规律：
凹弧凸轮供油规律
39
双弹簧喷油器供油规律
2-1 低排放燃油喷射系统
三、预喷射和多段喷射
17
1-4 可变进气系统
二、可变气门正时及升程：
低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程，
防止出现缸内新鲜充量向进气系统的倒流，以便增加转 矩，提高燃油经济性。
高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，以最大
限度地减小流动阻力，充分利用过后充气，提高充量系 数，以满足动力性要求。
配合以上变化，对进气门从开启到关闭的进气持续角也
目的
控制NOx 原 因
提高混合气 的热容量
9
降低混合气 中O2的浓度
降低燃 烧温度
1-2 废气再循环
二、EGR控制策略
EGR率= 返回废气量 100% 进气量+返回废气量
1 2 3 4
10
• EGR量应随负荷的增加而增加。 • 怠速和低负荷时，不进行EGR。
• 冷机状态不进行EGR。
• 大负荷、高速时也不进行EGR或减少EGR率。 • EGR率受空燃比、点火提前角影响。
2. 加强进气涡流
涡流比 HC 3. 多气门
4. 增压技术
14
NOx
1-3 燃烧系统优化
三、合理提高压缩比
一般在辛烷值允许情况下，采用尽可能高的压缩比， 以获得较好的动力性和经济性。
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课程小结
课程名称：汽车排放及控制技术
学生姓名：陈圆磊学号：1221402014 专业：车辆工程_______________ 所在学院：龙蟠学院_______________
2013 年 12 月 15 日
汽油机后处理净化技术之———三效催化转化技术
本课程小结内容：本人主要根据现有教材并通过校内网络资源查得的文献，介绍了现代汽车排放及控制技术众多技术之一的汽油机后处理净化技术，用于汽油机后处理净化装置众多之一的三效催化转化器技术。
着重介绍：1、改善汽油机后处理净化技术的意义；2、三效催化转化（器）技术的应用及其实际价值，3、三效催化转化器基本结构和工作原理。
1、改善机内净化技术的意义
近些年来，随着世界经济的发展中心正呈现出多极化的趋势————中国已逐渐成为对于世界经济发展不可小觑的力量。
比如在汽车制造业，连续数年中国的汽车销量在世界位居群首，然而随之带来的环境污染问题也成为我国政府要重视和加强管理的问题，比如今年全国各地区都出现了不同程度的雾霾天气，也是迄今50多年来出现的最严重和持续时间最长的污染，给人们的正常工作、生活、出行带来了极大不便。
导致这种现象的主要原因是空气中含有大量颗粒物和其他排放物质。
其中汽车排放的污染物比重最大。
因此改善汽车排放对于国家生产发展、安定，国民健康与安全有重大意义。
众所周知，机内净化技术是以改善发动机燃烧过程为主要内容，对降低排气污染起到了较大作用，但其效果有限，且给汽车的动力性和经济性带来不同程度的不利影响。
随着对发动机排放要求的日趋严格，改善发动机工作过程的难度越来越大，能统筹兼顾动力性、经济性和排放性能的发动机将越来越复杂，成本也急剧上升。
因此，世界各国都先后开发废气后处理净化技术，在不影响或少影响发动机其它性能的同时，在排气系统中安装各种净化装置，采用物理的和化学的方法降低排气中的污染物最终向大气环境的排放。
2、三效催化转化技术的应用和实际价值
三效催化转化器是目前应用最多的废气后处
理净化技术。
当发动机工作时，废气经排气管进入
催化器，其中氮氧化物与废气中的一氧化碳、氢气
等还原性气体在催化作用下分解成氮气和氧气；而
碳氢化合物和一氧化碳在催化作用下充分氧化，生
成二氧化碳和水蒸气。
三效催化转化器的载体一般
采用蜂窝结构，蜂窝表面有涂层和活性组分，与废
气的接触表面积非常大，所以其净化效率高，当发动机的空燃比在理论空燃比附近时，三效催化剂可将90%的碳氢化合物和一氧化碳及70%的氮氧化物
同时净化，因此这种催化器被称为三效催化转化器。
目前，电子控制汽油喷射加三效催化转化器已成为国内外汽油车排放控制技术的主流。
3、三效催化转化器基本结构和工作原理
三效催化转化器的基本结构如图6-1所示，它由壳体、垫层和催化剂组成。
其中，催化剂包括载体、涂层和活性组分，将在后面的章节中详细介绍。
下面主要介绍三效催化转化器的壳体和垫层部分。
3.1. 壳体
壳体是整个三效催化转化器的支承体。
壳体的材料和形状是影响催化转化器转化效率和使用寿命的重要因素。
目前用得最多的壳体材料是含铬、镍等金属的不锈钢，这种材料具有热膨胀系数小、耐腐蚀性强等特点，适用于催化转化器恶劣的工作环境。
壳体的形状设计，要求尽可能减少流经催化转化器气流的涡流和气流分离现象，防止气流阻力的增大；要特别注意进气端形状设计，保证进气流的均匀性，使废气尽可能均匀分布在载体的端面上，使附着在载体上的活性涂层尽可能承担相同的废气注入量，让所有的活性涂层都能对废气产生加速反应的作用，以提高催化转化器的转化效率和使用寿命。
三效催化转化器壳体通常做成双层结构，并用奥氏体或铁素体镍铬耐热不锈钢板制造，以防因氧化皮脱落造成催化剂的堵塞。
壳体的内外壁之间填有隔热材料。
这种隔热设计防止发动机全负荷运行时由于热辐射使催化器外表面温度过高，并加速发动机冷起动时催化剂的起燃。
为减少催化器对汽车底板的热辐射，防止进入加油站时因催化器炽热的表面引起火灾，避免路面积水飞溅对催化器的激冷损坏以及路面飞石造成的撞击损坏，在催化器壳体外面还设有半周或全周的
图6-1 催化转化器的基本构造
1-壳体；2-垫层；3-催化剂
防护隔热罩。
3.2. 垫层
为了使载体在壳体内位置牢固，防止它因振动而损坏，为了补偿陶瓷与金属之间热膨胀性的差别，保证载体周围的气密性，在载体与壳体之间加有一块由软质耐热材料构成的垫层。
垫层具有特殊的热膨胀性能，可以避免载体在壳体内部发生窜动而导致载体破碎。
另外，为了减小载体内部的温度梯度，以减小载体承受的热应力和壳体的热变形，垫层还应具有隔热性。
常见的垫层有金属网和陶瓷密封垫层两种形式，陶瓷密封垫层在隔热性、抗冲击性、密封性和高低温下对载体的固定力等方面比金属网要优越，是主要的应用垫层；而金属网垫层由于具有较好的弹性，能够适应载体几何结构和尺寸的差异，在一定的范围内也得到了应用。
陶瓷密封垫层一般由陶瓷纤维（硅酸铝）、蛭石和有机粘合剂组成。
陶瓷纤维具有良好的抗高温能力，使垫层能承受催化转化器中较为恶劣的高温环境，并在此条件下充分发挥垫层的作用。
蛭石在受热时会发生膨胀，从而使催化转化器的壳体和载体连接更为紧密，还能隔热以防止过高的温度传给壳体，保证催化转化器使用的安全性。
3.3催化反应机理
催化作用的核心是催化剂。
催化剂是一种能够改变化学反应达到平衡的速率而本身的质量和组成在化学反应前后保持不变的物质。
有催化剂参与的化学反应就称为催化反应。
催化反应一般都是多阶段或多步骤的，从反应物到产物都经过多种中间物，催化剂参与中间物的形成，但最终不进入产物。
根据催化剂与反应物所处状态的不同，催化作用可以分为均相催化和多相催化。
固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用属于多相催化，车用催化剂就是此类型的催化。
多相催化反应过程一般包括以下步骤：①反应物分子从流体主体通过滞流层向催化剂外表面扩散（外扩散）；②反应物分子从催化剂外表面向孔内扩散（内扩散）；
③反应物分子在催化剂内表面上吸附；④吸附态的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用的化学反应；⑤反应产物从催化剂内表面脱附；⑥脱附的反应产物自内孔向催化剂外表面扩散（内扩散）；⑦产物分子从催化剂外表面经滞流层向流体主体扩散（外扩散）。
其中，①②⑥⑦为传质过程，③④⑤为表面反应过程，或称化学动力学过程。
化学动力学过程三个步骤的机理如下：
1. 吸附过程
吸附作用是一种或数种物质的原子、分子或离子附着在另一种物质表面上的过程。
具有吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。
吸附质在
表面吸附以后的状态称为吸附态。
吸附发生在吸附剂表面上的局部位置，该位置叫做吸附中心。
2. 表面反应过程
反应物分子吸附在催化剂表面的活性中心后，它们就分别开始与同样吸附在活性中心的氧化剂分子或还原剂分子发生氧化还原反应。
在三效催化转化器中主要发生CO氧化反应、HC氧化反应和NO还原反应。
如果排气中分子氧的分压明显高于NO的分压，NO消失的速率会明显下降。
这就是为什么用目前已有的催化剂不能完全消除供给过量空气的发动机（稀燃点燃式发动机和压燃式发动机）排气中NO的原因。
反之，当发动机以浓混合气运转时，排气中会出现大量化学还原剂，从NO 离解产生的原子态氮可进行更彻底的还原。
3. 脱附过程
当表面反应过程完成后，生成的反应产物分子就会从催化剂表面的活性中心脱离出来，为表面反应的继续进行空出活性位，这个过程称为脱附。
总结
目前应用最广泛的排气后处理装置是汽油机三元催化转化器
(TWC)。
TWC 是一种能使CO、HC 和NOx 三种有害气体同时得到净化
的处理装置。
TWC 的使用对空燃比有一定的要求，只有发动机在理论
的空燃比14.7：1 附近运行时，TWC 的转换效率最高。
为了将实际空燃
比精确地控制在14.7：1 附近，在发动机控制系统中普遍采用由氧传
感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制方式。
电控单元ECU 根
据氧传感器反馈的空燃比信号，控制喷油量的增多或减少。
TWC 之所
以能对汽车尾气进行净化处理，其原因是在于催化转换器中载体表面
有一种特殊活性物质(铂、铑等贵金属)，这种催化剂能加快尾气中有害
气体的氧化还原反应，将有害气体转化为水、二氧化碳和氮气。
如果车辆使用含铅汽油，将会导致活性物质被铅覆盖，而失去活性，俗称“铅中毒”。
这也是目前普遍采用无铅汽油的主要原因。
参见文献
［1］刘巽俊.内燃机的排放与控制[M].机械工业出版社,2003
［2］李彩凤.汽车排放及治理技术[J].科技情报开发与经济,2005,15(1):288-290［1］［3］周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2005.。