汽车排放控制技术论文

汽车排放与控制技术

学院：汽车与交通学院

班级：车辆121

学号： 201200205001

姓名：刘泽辉

汽油机后处理技术净化技术摘要：介绍车用汽油机后处理净化装置特别是三效催化转化器。

正文：机内净化技术是通过对发动机进行调正或改进，达到控制燃烧、减少和抑制污染物生成的各种技术。简单地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、采用电控汽油喷射和电控点火技术、采用废气再循环技术等。这是一种通过改进发动机燃烧过程、减少污染物排放的方式。这种技术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。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。

专门对发动机排气进行后处理的方法是将净化装置串接在发动机的排气系统中，在废气排入大气前，利用净化装置在排气系统中对其进行处理，以减少排入大气的有害成分。在发达国家，车用汽油机采用后处理装置较多。这些装置主要有三效催化转化器、热反应器和空气喷射器等。目前，在发达国家生产的汽油车几乎都装备了三效催化转化器，并已有二十多年的商业化应用历史。随着我国经济的高速发展，城市机动车辆日益增多，其废气已严重污染了大气环境，对三效催化转化器的需求将更为迫切。

汽车三效催化器转化器研制的发展三效催化转化器的基本结构如图1.1所示，它由壳体、垫层和催化剂

组成。其中载体和催化剂是关键部分，对转化器性能起着决定性

作用。因此，近年来对催化器的研制方向主要在载体和催化剂。其中催化剂的结构如图1.2所示。

1，载体的发展

催化剂载体是催化剂的骨架，表面富有催化剂涂层，起催化作用的贵金属或浸渍或喷涂在涂层上，因此载体的选择直接影响催化剂的性能和效率。载体有通常分为球形载体、陶瓷蜂窝载体、金属蜂窝载体。目前市场上销售的汽车排气净化催化剂商品均采用蜂窝状整体式载体，其基质有两

大类，即陶瓷和金属，前者约占90%，后者约占10%。

汽车用蜂窝陶瓷载体一般用堇青石制造，它是一种铝镁硅酸盐陶瓷，其化学组成为2Al2O3·2MgO·5SiO2，熔点在1450℃左右，在1300℃左右仍能保持足够的弹性，以防止在发动机正常运转时发生永久变形。一般认为堇青石蜂窝载体的最高使用温度为1100℃左右。为增大蜂窝陶瓷载体的几何面积，并降低其热容量和气流阻力，载体采用的孔隙度已从早期的47孔/cm2到62孔/cm2再到93孔/cm2，孔壁厚也由0.3mm到0.15mm再到0.1mm。因此在不增加催化转化器体积的情况下，使单位体积的几何表面积由

2.2m2/L增加到2.8m2/L再到

3.4m2/L，从而大大提高了净化效率

蜂窝金属载体的优点是起燃温度低、起燃速度快、机械强度高、比表面积大、传热快、比热容小、寿命长，可适应汽车冷起动排放的要求，并可采用电加热。在外部横断面相同的情况下，金属载体提供给排气流的通道面积较大，从而可降低排气阻力15%～25%，可使发动机功率提高2%～3%。相同直径的金属蜂窝整体式载体和陶瓷载体达到相同三效转化率时，金属载体的体积可比陶瓷载体的体积减小18%。但由于其价格比较昂贵，目前主要用于空间体积相对较小的摩托车以及少量汽车的前置催化转化器中，后者的主要目的是改善发动机的冷起动排放。

2，催化剂的发展

催化剂是指催化活性组分和涂层的总称。决定这催化转化器的主要指性能标、催化剂的作用促使HC、CO的氧化，NOx的还原反应。

（1）活性组分

汽车尾气净化用催化剂以Rh、铂Pt、钯三种贵金属为主要活性组分，此外还含有铈Ce、镧La等稀土元素作为助催化剂。铑是三效催化剂中催化

氮氧化物还原反应的主要成分。它在较低的温度下还原氮氧化物为氮气，同时产生少量的氨具有很高的活性。所用的还原剂可以是氢气也可以是一氧化碳，但在低温下氢气更易反应。氧气对此还原反应影响很大，在氧化型气氛下，氮气是唯一的还原产物；在无氧的条件下，低温时和高温时主要的还原产物分别是氨气和氮气。但当氧浓度超过一定计量时，氮氧化物就不能再被有效地还原。此外，铑对一氧化碳的氧化以及烃类的水蒸气重整反应也有重要的作用。铑可以改善一氧化碳的低温氧化性能。但其抗毒性较差，热稳定性不高。在汽车催化转化器中，铑的典型用量为0.1～0.3g。铂Pt在三效催化剂中主要起催化一氧化碳和碳氢化合物的氧化反应的作用。铂对一氧化氮有一定的还原能力，但当汽车尾气中一氧化碳的浓度较高或有二氧化硫存在时，它没有铑有效。铂还原氮氧化物的能力比铑差，在还原性气氛中很容易将氮氧化物还原为氨气。铂还可促进水煤气反应，其抗毒性能较好。铂在三效催化剂中的典型用量为1.5～2.5g。钯在三效催化剂中主要用来催化一氧化碳和碳氢化合物的氧化反应。在高温下它会与铂或铑形成合金。由于钯在合金的外层，会抑制铑的活性的充分发挥。此外，钯的抗铅毒和硫毒的能力不如铂和铑，因此全钯催化剂对燃油中的铅和硫的含量控制要求更高。但钯的热稳定性较高，起燃活性好。在汽车尾气净化用三效催化剂中，各个贵金属活性组分的作用是相互协同的，这种协同作用对催化剂的整体催化效果十分重要。

(2)涂层

由于蜂窝陶瓷载体本身的比表面积很小，不足以保证贵金属催化剂充分分散，因此常在其壁上涂覆一层多孔性物质，以提高载体的比表面积，然后再涂上活性组分。多孔性的涂层物质常选用氧化铝Al2O3与SiO2、CeO2或ZrO2

等氧化物构成的复合混合物。理想的涂层可使催化剂有合适的比表面积和孔结构，从而改善催化剂的活性和选择性，保证助催化剂和活性组分的分散度和均匀性，提高催化剂的热稳定性。同时还可节省贵金属活性组分的用量，降低催化剂生产成本。对于蜂窝金属载体，涂底层的方法并不适用，而是通常采用刻蚀和氧化的方法在金属表面形成一层氧化物，然后在此氧化物表面上浸渍具有催化活性的物质。

结论

汽车尾气污染占大气污染的50％左右,污染给人类的生存环境造成了严重的威胁。因此汽车尾气净化技术的发展迫在眉睫,其中在排气管中加装三效催化转化器是最重要的机外净化技术。随着国家对尾气排放要求的日趋严格，因此对汽车催化转化器的性能有了更高要求。本文初步研究三效催化转化器，对催化转化器的性能有相应提高。

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