第6章 汽油机后处理净化技术
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第六章 排气后处理
排 气 后 处 理
汽油机 还原催化器 ★★ 三效催化器 氧化催化器 柴油机 ★
还原催化器
碳纤维吸附净化
★ 微粒捕集器
非排气 污染处理
汽、柴油 机 汽油机
曲轴箱强制通风装置 燃油蒸发控制系统
南昌大学机电学院
§6.1
一、催化反应机理
三效催化转化器
催化剂
催化作用的核心
催化剂是一种能改变化学反应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。 催化剂不能影响化学反应的平衡位置，也不能使热力学受阻的化学反应得以进行。 催化剂可使热力学允许的反应在适当的化学条件下具有较低的活化能，从而加速 反应的进展。
氧化型催化剂的活性元素
氧化型催化剂用铂Pt和钯Pd作为活性元素。 对于氧化CO、烯烃或甲烷，Pd的初始活性高于Pt； 对于氧化芳烃来说，两者的活性基本相同； 氧化烷烃时Pt更好（因为催化反应总以吸附开始，这对饱和烃来说就要先脱氢，所以脱氢活性好的Pt 最有效）。 Pd的缺点：当存在铅、磷等毒物（不可逆地堵塞催化剂的活性位）时，Pd失活较快（Pd的高温稳定 性好）。 Pd的优点：Pd较便宜（Pt较贵）。 南昌大学机电学院
南昌大学机电学院
§6.1
二、催化剂的组成
三效催化转化器
1、催化剂载体
(3)蜂窝金属载体 蜂窝载体也可用金属薄板制成。一般用厚度0.05mm的含铬l5％-20％、铝4％-5％的铁素体 不锈钢板制造，对高温排气有优异的耐热性。 1）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(在涂覆活性涂层 以后，陶瓷载体的有效通道断面为总断面的55％-60％，而金属载体可达70％-75％)，从而 降低排气阻力15％-25％可能使发动机功率提高2％-3％。 2）在钢板上冲出很多小槽可加强排气的湍流，改善排气与催化剂的接触。 3）金属载体的质量比热容只有陶瓷载体的一半左右，可缩短发动机起动时的起燃时间。 4）金属载体有较高的机械强度，特别是抗振性好， 5）比较昂贵（不利因素）。 目前金属载体约占载体总量10％的份额，主要用于摩托车和少量汽车的前置催化转化器， 后者的主要目的是改善起动排放。
汽车环保学 第六章内燃机机外净化技术
传统汽车技术还有哪些缺乏? 现代汽车排放控制技术的难点? 将来的汽车革命可能----除了汽车, 还需要配套条件和适
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空燃比特性
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撞击
拦截
扩散
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三效催化净化技术(TWC)
主要使用贵金属+陶瓷载体, Pt, Rd, Pd 寿命要求80000-160000km, 防中毒很关键!
曲轴箱(crankcase)排放控制
Evaporative emission control
汽油机排气后处理技术 柴油机排气后处理技术 非排气污染物控制技术 车用燃料和排放
20
思考题
目前内燃机的代用燃料如CNG、LPG、甲醇、 乙醇、二甲醚等对内燃机的排放有何影响？
稀燃汽油机如何使用催化转换器进行对有害 排放的转化？
非排气污染物的净化是如何进行的？
21
催化反响过程
22
23
24
14
第二节 柴油机排气后处理技术
1、氧化催化转化器——用于降低SOF〔可溶性 有机物〕、HC和CO。 2、微粒捕集器——用于降低PM排放。 3、NOx复原催化转化器——用于降低NOx排放。
15
第二节 柴油机排气后处理技术
一、氧化催化转化器
欧洲和德国的一些柴油轿车上得到应用，但美、日等应用 不普遍。
二、微粒捕集器〔又叫微粒过滤器〕
过滤材料：陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属蜂窝载体、 金属纤维编织物、纸滤芯〔排温小于100～130℃〕等。
捕集机理：撞击、拦截、扩散。
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第二节 柴油机排气后处理技术
三、柴油机NOx复原催化转换器
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空燃比特性
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撞击
拦截
扩散
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三效催化净化技术(TWC)
主要使用贵金属+陶瓷载体, Pt, Rd, Pd 寿命要求80000-160000km, 防中毒很关键!
曲轴箱(crankcase)排放控制
Evaporative emission control
汽油机排气后处理技术 柴油机排气后处理技术 非排气污染物控制技术 车用燃料和排放
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思考题
目前内燃机的代用燃料如CNG、LPG、甲醇、 乙醇、二甲醚等对内燃机的排放有何影响？
稀燃汽油机如何使用催化转换器进行对有害 排放的转化？
非排气污染物的净化是如何进行的？
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催化反响过程
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第二节 柴油机排气后处理技术
1、氧化催化转化器——用于降低SOF〔可溶性 有机物〕、HC和CO。 2、微粒捕集器——用于降低PM排放。 3、NOx复原催化转化器——用于降低NOx排放。
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第二节 柴油机排气后处理技术
一、氧化催化转化器
欧洲和德国的一些柴油轿车上得到应用，但美、日等应用 不普遍。
二、微粒捕集器〔又叫微粒过滤器〕
过滤材料：陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属蜂窝载体、 金属纤维编织物、纸滤芯〔排温小于100～130℃〕等。
捕集机理：撞击、拦截、扩散。
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第二节 柴油机排气后处理技术
三、柴油机NOx复原催化转换器
汽油机后处理净化技术之
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。
汽油机后处理净化技术
汽车排放与控制技术
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。
7
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
8
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。
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
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1
4.1
概述
汽车排放与控制技术
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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
8
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。
汽车排放及控制技术试题答案
1、汽车排放的污染物主要有.—氧化碳、氮氧化合物、.碳氢化合物―和.微粒2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是.喷油定时、放热规律 和负荷与转速的影响一。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法，对于催化剂常用起燃温度来评 价,而对于整个催化转化系统则用.起燃时间.来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即 扩散机理、 拦截机理、 惯性碰撞机理、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制.系统，第二代是.时间控 制 系统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是.废气再循环技术。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统 、稀释取样系统和定容取样系统8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于一燃烧室未燃燃料、窜入曲轴箱的未燃 燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是.汽油喷射的位置。
11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数（①a ） “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有0.01〜0.02 。
12、生成氮氧化物的三个要素是一混合气浓度、温度 和氧浓度一。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有化学催化的方法。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用.不分光红外线气体分析仪.测量，NO 用 化学发 光分析仪一测量，HC 用 氢火焰离子型分析仪一测量，氧多用 顺磁分析仪一测量。
15、烟度的测量方法主要有两类： 滤纸法 和 消光度法。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题，其中最主要 的代用燃料是天然气、液化石油气、醇类燃料和植物油。
17 .汽车排放污染主要来源于发动机排出的废气 。
18 .柴油机的主要排放污染物是微粒、氮氧化物和碳氢化合物。
19 .发动机排出的NO X 量主要与 负荷、转速有关。
20开环控制EGR 系统主要由EGR 阀 和 EGR 电磁阀 等组成。
汽车排放及控制技术第6章_汽油机后处理净化
车用汽油机后处理净化
：
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。
：
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。
汽车排放及控制技术试题答案
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制_ 系统，第二代是_ 时间控制__系统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量，NO 用_ 化学发光分析仪_测量，HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用 顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类： 滤纸法__和 消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是 天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和 植物油__。
朱明-汽车排放污染物
朱明工作室 zhubob@
催化净化装置
• 催化净化装置有: • 1.氧化催化反应装置 • 2.三元催化反应装置。
朱明工作室 zhubob@
催化净化装置
• 氧化催化反应装置: • 仅依靠氧化反应降低有害成分一氧化碳 （CO）和碳氢化合物（HC），柴油机 和汽油机都适用。
1.催化式净化器 催化式净化器是能同时将废气中的三 种主要有害物质转化为无害物质的一种 高效率净化器。三元型催化式排气净化 器安装在汽车发动机的排气装置上，可 以净化资90%以上的有害物质，是现代 轿车上一种新的排气净化装置。
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三、后处理净化
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朱明工作室 zhubob@
• 6．1 概 述 • 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他性能的同时，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，在废气排人大气前，利 用净化装置在排气系统中对其进行处理，以减少排人 大气的有害成分。 • 主要有： • 三元催化转化器、热反应器和空气喷射器等。
•
三、后处理净化
• •
朱明工作室 zhubob@
4、袋滤器 袋滤器是一种利用纤维作为过滤介质， 将排气中的微粒过滤出来的净化设备。 滤布都做成袋形，其过滤效率高，对半 径大于0.1μm的微粒，过滤效率达90%以 上
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第6章 车用汽油机后处理净化
现代汽车排污控制技术
朱明工作室 zhubob@
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三、后处理净化 后处理净化就是对已排出发动机燃烧 室而尚未排到大气中的废气，在排气系 统中进行净化处理。 1.催化式净化器。 2、陶瓷微粒捕集氧化器 3、静电微粒捕集器 4、袋滤器
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
汽车排放污染及控制
第4章 车用汽油机机内净化 章
喷油控制 反馈控制
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY 在排气管上加装氧传感器，根据 排气管中氧的含量，测定进入发 动机燃烧室混合气的空燃比值， 并输入给ECU。ECU将此信号与 ECU ECU 设定的目标空燃比值进行比较， 不断修正喷油量，使空燃比保持 在设定目标值附近。
1. 喷油时刻的控制
对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据 进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在设定的时刻喷油。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序 喷射。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，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。
第4章 车用汽油机机内净化 章
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
第4章 车用汽油机机内净化
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
第4章 车用汽油机机内净化 章
冷起动及暖机阶段排放控制 喷油控制对排放的影响
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
为了减小汽油喷射发动机冷起动和暖机 阶段排放， 阶段排放 ，要对开环控制的空燃比进行精确 的标定，不要过量供给燃油。 的标定，不要过量供给燃油。 冷起动阶段： 冷起动阶段：混合气浓度一般要低于化 油器式发动机。 油器式发动机。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。
喷油控制 反馈控制
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY 在排气管上加装氧传感器，根据 排气管中氧的含量，测定进入发 动机燃烧室混合气的空燃比值， 并输入给ECU。ECU将此信号与 ECU ECU 设定的目标空燃比值进行比较， 不断修正喷油量，使空燃比保持 在设定目标值附近。
1. 喷油时刻的控制
对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据 进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在设定的时刻喷油。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序 喷射。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，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。
第4章 车用汽油机机内净化 章
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第4章 车用汽油机机内净化
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
第4章 车用汽油机机内净化 章
冷起动及暖机阶段排放控制 喷油控制对排放的影响
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为了减小汽油喷射发动机冷起动和暖机 阶段排放， 阶段排放 ，要对开环控制的空燃比进行精确 的标定，不要过量供给燃油。 的标定，不要过量供给燃油。 冷起动阶段： 冷起动阶段：混合气浓度一般要低于化 油器式发动机。 油器式发动机。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。
汽车排放及控制技术第6章-汽油机后处理净化
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
空速特性
空速(SV)： SV=qv / Vcat
Vcat=(0.5~1)Vst
SV—空速,S-1或h-1；
qv—流过催化剂的排气体积流量（换算到标准状态），L/s 或L/h；
Vcat—催化剂体积，L。
空速的大小表示了反应气体在催化剂中的停留时间 (tr)：
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，可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、密封性和高低温度下对载体的固定力等方面比金 属网优越，是目前主要的应用垫层，金属垫层弹性更好。
附 方
H(s) + H(s) → H2 + s + s
程 O(s) + O(s) → O2 + s + s
式
B为反应产物分子
s为活性中心（或催化中心）
B(s)为在吸附在催化剂上形成的表面络合物
第6章 车用汽油机后处理净化
三效催化剂
三效催化剂是三效催化转化器的核心部分，它决定 了三效催化转化器的主要性能指标。
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、H废C和气烟再度循大环幅后增可加使，N应OX如大何幅解度决降？低，但会使CO、 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？
第6章 车用汽油机后处理净化
空速特性
空速(SV)： SV=qv / Vcat
Vcat=(0.5~1)Vst
SV—空速,S-1或h-1；
qv—流过催化剂的排气体积流量（换算到标准状态），L/s 或L/h；
Vcat—催化剂体积，L。
空速的大小表示了反应气体在催化剂中的停留时间 (tr)：
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，可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、密封性和高低温度下对载体的固定力等方面比金 属网优越，是目前主要的应用垫层，金属垫层弹性更好。
附 方
H(s) + H(s) → H2 + s + s
程 O(s) + O(s) → O2 + s + s
式
B为反应产物分子
s为活性中心（或催化中心）
B(s)为在吸附在催化剂上形成的表面络合物
第6章 车用汽油机后处理净化
三效催化剂
三效催化剂是三效催化转化器的核心部分，它决定 了三效催化转化器的主要性能指标。
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、H废C和气烟再度循大环幅后增可加使，N应OX如大何幅解度决降？低，但会使CO、 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？
汽车环境工程04
门已关闭，进入气缸的空气量很少，若继续正常喷
油，则会造成燃烧不完全与废气中HC和CO排放物
增多。减速断油控制的目的是为了控制急减速时有
害物的排放，减少燃油消耗量，促使发动机转速尽
快下降，有利于汽车减速。
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第4章 车用汽油机机汽车内环净境工化程04
喷油控制 反馈控制
在排气管上加装氧传感器，根据 排气管中氧的含量，测定进入发 动机燃烧室混合气的空燃比值， 并 输 入 给 ECU 。 ECU 将 此 信 号 与 设定的目标空燃比值进行比较， 不断修正喷油量，使空燃比保持 在设定目标值附近。
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汽车环境工程04
气门间隙对HC排放的作用
增大气门间隙，减小 气门重叠角。
气门重叠角越大，进入 气 缸 的 废 气 量 就 越 多 ， HC 排放就越多。发动机进排气 门间隙影响气门重叠角，从 气门间隙对HC和CO 而影响气缸内残余废气的比 排放的影响 率 。 气 门 间 隙 越 大 ， HC 、 CO排放浓度越低。
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汽车环境工程04
缸内直接喷射式汽油机的排放对策
二阶段混合 进气冲程开始时
第一次喷油，在缸 内生成很稀的均质 混合气，第二次喷 射在压缩上止点前， 在气缸滚流和活塞 顶形状的帮助下产 生分层混合气，然 后点火燃烧。
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汽车环境工程04
缸内直接喷射式汽油机的排放对策
二阶段燃烧
喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序 喷射。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，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。
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第4章 车用汽油机机内净化
汽车环境工程04
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发动机排放污染及控制
主讲人 龚金科等
2020年3月21日
第6章 汽油机后处理净化
6.1 概述 6.2 三效催化转化器 6.3 稀燃技术 6.4热反应器和空气喷射
第6章 汽油机后处理净化技术
概述：主要内容
介绍了三效催化转化器的基本结 构工作原理、催化反应机理、性 能指标和催化剂及其劣化机理。
分析介绍了稀燃催化技术的反应 原理、影响因素以及匹配控制及 性能。
第6章 汽油机后处理净化技术
同时排气中的HC和CO被直接氧化成H2O和和CO2 ，并排出稀燃催化转化器；当汽油机短暂地进入 浓混合气状态下运转时，排气中产生足够多的还 原剂(如HC、CO、H2等)，形成还原气氛，此时发 动机处于浓燃(贫氧)状态下，以硝酸盐形式暂存储 于稀燃催化器中的硝酸盐不稳定，分解并且释放 出NO2，与还原气体CO、 HC、 H2等反应，生成 无害的Ｎ2、CO2和水。
第6章 汽油机后处理净化技术
空气喷射
将新鲜空气喷射到排气门后，使尾气中的HC和 CO在排气管内与空气混合，继续氧化，又称 二次空气法。
1-吸气阀；2-空气滤清器；3-进气管；4-喷嘴
空气喷射装置
第6章 汽油机后处理净化技术
思考题
思考题
1 三效催化转化器的组成及催化反应机理是什么？ 2 三效催化转化器的性能指标及转化效率的影响因素有哪些？ 3 吸附还原催化技术的影响有哪些？
第6章 汽油机后处理净化技术
稀燃催化技术影响因素分析
吸附还原催化器的影
响因素
硫中毒是造成
吸附还原催化器失活的最主要
因素，当燃料含硫量的较多时
，NOx还原效率会急剧下降, 因为硫化物在催化器表面形成
一层不能穿透的硫酸盐表面层
，从而使NOx不能再被吸收， 造成催化器中毒老化而失效。
选择还原催化器
的影响因素
1) 温度影响 2) 还原剂浓度和氧浓度 的影响 3) 活性金属含量的影响
第6章 汽油机后处理净化技术
稀然技术的匹配控制与性能
吸附还原催化器匹配控制吸附还原催化器应用的关键问
题在于采用合适的空燃比控制策略，使NOX 转换效率最高， 燃油消耗量最小。为保证发动机的动力性与经济性，在调节 空燃比的同时，也应该相应改变点火提前角。
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器工作过程模拟
工 作 过 程 动 画
第6章
CO + 0.5O2 → CO2 C3H6 + 4.5O2 → 3CO2 + 3H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CO + NO → CO2 + 0.5N2 H2 + 0.5O2 → H2O
汽油机后处理净化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
选择还原催化器匹配控制
1.控 制 空 速 、 汽 油 机 在 不 同 负 荷 工况下，催化器的空速变化范围 很大。 2.控制混合气浓度比、NOx与还 原性物质HC的摩尔比可以调节 NOX转化效率
选择还原催化器 匹配控制问题
第6章 汽油机后处理净化技术
6.5 热反应器和空气喷射
第6章 汽油机后处理净化技术
HC-SCR选择还原催化转化器反应机理
将NO氧化为NO2，NO的氧化反应方程式： 2NO+O2→2NO2
与NOx反应生成N2的HC部分氧化反应表达式： NO2+HC→[X]+nH2O
将NO2还原成为N2反应方程式： [X]+NO→N2+CO+mH2O；[X] +NO2→N2+CO+mH2O 2CO+O2→2CO2
排气系统如何匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
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
选用抗中毒劣化性好的催化剂。
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，贵金属含量越高，成 本越高，应更注重催化器性能恰好满足 当时排放法规。
第6章 汽油机后处理净化技术
6.3 稀燃催化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
机内净化技术
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。
第6章 汽油机后处理净化技术面反应过程总量反应：反
CO氧化反应 CO + 0.5O 2 → CO 2 部分CO可通过水煤气反应：
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
应
2H 2 + O 2 → 2H 2 O 总量反应：
HC氧化反应 CmHn + (m+0.25n)O 2 →
机
mCO 2 + 0.5nH 2 O
稀燃技术反应机理
吸附还原催化器
稀燃 技术 反应 机理
选择还原催化器
NOx吸附还原催化 转化器的工作原理
NOx吸附还原催化 转化器的反应原理
HC-SCR选择还原催化 转化器的工作原理
HC-SCR选择还原催化 转化器的反应原理
第6章 汽油机后处理净化技术
NOx吸附还原催化器工作原理
• 当汽油机在稀燃(富氧)状态下运转时，汽油机排出 氮氧化物NOＸ (主要为NO)，在贵金属Ｂ(主要是Pt) 作用下NO氧化，转化为NO２，NO２再与在贵金属B 的催化剂中加入的碱或碱上金属M(主要是Na＋,K＋ 和Ba２＋ )氧化物作用生成硝酸盐，暂存储于稀燃催 化器中以达到吸附NOＸ的目的(吸附阶段)；
coi—排污染物i在催化器出口处的浓度或体积分数。
转化效率的 计算公式
第6章 汽油机后处理净化技术
或的
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
第6章 汽油机后处理净化技术
起燃特性
催化剂只有达到一定图6温-7 三度效催化才剂的能起然开温度特始性 工作，称为起燃。
第6章 汽油机后处理净化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化剂
三效催化剂是三效催化转化器的核心部分，它决定了三效催化转
化器的主要性能指标。
蜂窝状整体式载体：排气阻力小、机械强度大、 热稳定性好和耐冲击。其基质有两大类，陶瓷 和金属。
蜂窝陶瓷载体：本身比表面积很小，常在其壁 上涂覆一层多孔性物质，以提高载体的比表面 积。
蜂窝金属载体：涂底层的方法并不适用，通常 采用刻蚀和氧化的方法在金属表面形成一层氧 化物，在此氧化物表面上浸渍具有催化活性的 物质。
：
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
催化转化器工作过程的原理图
总体反应速率 RSi
1 RSi
1 Rmi
1 RCi
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。
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器的匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
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。
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器的基本结构
三效催化转化器 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。
请看漂亮 动画哦！
三元催化转化器结构
第6章 汽油机后处理净化技术
催化反应机理
有催化剂参与的化学反应就称为催化反应。固 体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用 属多相催化，车用催化剂就是此类型的催化。
催化剂涂覆示意图
第6章
汽油机后处理净化技术
活性组分 载体 涂层
活性组分
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化剂劣化机理
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器的性能指标
第6章 汽油机后处理净化技术
转化效率
ηi
cii coi cii
100%
η(i)—排气污染物i在催化器中的转化效率；
cii—排气污染物i在催化器进口处的浓度或体积分数；
催化反应过程
第6章 汽油机后处理净化技术
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。
三效催化剂上发生 化学吸附的一般吸
附方程式：
A为吸附质分子（CO、HC或NOX） s为活性中心（或催化中心） A(s)为在吸附表面上形成的表面络合物 H(s)和O(s)分别为氢原子和氧原子吸附在活性中心形成的表面络合物
必要条件：高温和具备化学还原剂
总量反应：
理
NO还原反应 NO + CO → 0.5N 2 + CO 2 NO + H 2 → 0.5N 2 + H 2 O
(2m+0.5n)NO + CmHn
→ (m+0.25n)N 2 + 0.5nH 2 O + mCO 2
三种反应
第6章 汽油机后处理净化技术
脱附过程
第6章 汽油机后处理净化技术
NOx吸附还原催化转化器反应机理
稀燃时NO在贵金属B(Pt)作用下
反
NOX吸附机理
首先被氧化为NO2： NO+ O2→NO2
在富氧条件下 NO2与BaO反应生
应
成Ba(NO3)2的反应： NO2 + BaO + O2→Ba(NO3)2
机
被吸附的NOX在浓燃阶段脱附：
2Ba(NO3)2→2BaO+4NO2+O2
三效催化器与电控燃油喷射系统的匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化器与排气系统的匹配
主讲人 龚金科等
2020年3月21日
第6章 汽油机后处理净化
6.1 概述 6.2 三效催化转化器 6.3 稀燃技术 6.4热反应器和空气喷射
第6章 汽油机后处理净化技术
概述：主要内容
介绍了三效催化转化器的基本结 构工作原理、催化反应机理、性 能指标和催化剂及其劣化机理。
分析介绍了稀燃催化技术的反应 原理、影响因素以及匹配控制及 性能。
第6章 汽油机后处理净化技术
同时排气中的HC和CO被直接氧化成H2O和和CO2 ，并排出稀燃催化转化器；当汽油机短暂地进入 浓混合气状态下运转时，排气中产生足够多的还 原剂(如HC、CO、H2等)，形成还原气氛，此时发 动机处于浓燃(贫氧)状态下，以硝酸盐形式暂存储 于稀燃催化器中的硝酸盐不稳定，分解并且释放 出NO2，与还原气体CO、 HC、 H2等反应，生成 无害的Ｎ2、CO2和水。
第6章 汽油机后处理净化技术
空气喷射
将新鲜空气喷射到排气门后，使尾气中的HC和 CO在排气管内与空气混合，继续氧化，又称 二次空气法。
1-吸气阀；2-空气滤清器；3-进气管；4-喷嘴
空气喷射装置
第6章 汽油机后处理净化技术
思考题
思考题
1 三效催化转化器的组成及催化反应机理是什么？ 2 三效催化转化器的性能指标及转化效率的影响因素有哪些？ 3 吸附还原催化技术的影响有哪些？
第6章 汽油机后处理净化技术
稀燃催化技术影响因素分析
吸附还原催化器的影
响因素
硫中毒是造成
吸附还原催化器失活的最主要
因素，当燃料含硫量的较多时
，NOx还原效率会急剧下降, 因为硫化物在催化器表面形成
一层不能穿透的硫酸盐表面层
，从而使NOx不能再被吸收， 造成催化器中毒老化而失效。
选择还原催化器
的影响因素
1) 温度影响 2) 还原剂浓度和氧浓度 的影响 3) 活性金属含量的影响
第6章 汽油机后处理净化技术
稀然技术的匹配控制与性能
吸附还原催化器匹配控制吸附还原催化器应用的关键问
题在于采用合适的空燃比控制策略，使NOX 转换效率最高， 燃油消耗量最小。为保证发动机的动力性与经济性，在调节 空燃比的同时，也应该相应改变点火提前角。
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器工作过程模拟
工 作 过 程 动 画
第6章
CO + 0.5O2 → CO2 C3H6 + 4.5O2 → 3CO2 + 3H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CO + NO → CO2 + 0.5N2 H2 + 0.5O2 → H2O
汽油机后处理净化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
选择还原催化器匹配控制
1.控 制 空 速 、 汽 油 机 在 不 同 负 荷 工况下，催化器的空速变化范围 很大。 2.控制混合气浓度比、NOx与还 原性物质HC的摩尔比可以调节 NOX转化效率
选择还原催化器 匹配控制问题
第6章 汽油机后处理净化技术
6.5 热反应器和空气喷射
第6章 汽油机后处理净化技术
HC-SCR选择还原催化转化器反应机理
将NO氧化为NO2，NO的氧化反应方程式： 2NO+O2→2NO2
与NOx反应生成N2的HC部分氧化反应表达式： NO2+HC→[X]+nH2O
将NO2还原成为N2反应方程式： [X]+NO→N2+CO+mH2O；[X] +NO2→N2+CO+mH2O 2CO+O2→2CO2
排气系统如何匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
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
选用抗中毒劣化性好的催化剂。
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，贵金属含量越高，成 本越高，应更注重催化器性能恰好满足 当时排放法规。
第6章 汽油机后处理净化技术
6.3 稀燃催化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
机内净化技术
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。
第6章 汽油机后处理净化技术面反应过程总量反应：反
CO氧化反应 CO + 0.5O 2 → CO 2 部分CO可通过水煤气反应：
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
应
2H 2 + O 2 → 2H 2 O 总量反应：
HC氧化反应 CmHn + (m+0.25n)O 2 →
机
mCO 2 + 0.5nH 2 O
稀燃技术反应机理
吸附还原催化器
稀燃 技术 反应 机理
选择还原催化器
NOx吸附还原催化 转化器的工作原理
NOx吸附还原催化 转化器的反应原理
HC-SCR选择还原催化 转化器的工作原理
HC-SCR选择还原催化 转化器的反应原理
第6章 汽油机后处理净化技术
NOx吸附还原催化器工作原理
• 当汽油机在稀燃(富氧)状态下运转时，汽油机排出 氮氧化物NOＸ (主要为NO)，在贵金属Ｂ(主要是Pt) 作用下NO氧化，转化为NO２，NO２再与在贵金属B 的催化剂中加入的碱或碱上金属M(主要是Na＋,K＋ 和Ba２＋ )氧化物作用生成硝酸盐，暂存储于稀燃催 化器中以达到吸附NOＸ的目的(吸附阶段)；
coi—排污染物i在催化器出口处的浓度或体积分数。
转化效率的 计算公式
第6章 汽油机后处理净化技术
或的
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
第6章 汽油机后处理净化技术
起燃特性
催化剂只有达到一定图6温-7 三度效催化才剂的能起然开温度特始性 工作，称为起燃。
第6章 汽油机后处理净化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化剂
三效催化剂是三效催化转化器的核心部分，它决定了三效催化转
化器的主要性能指标。
蜂窝状整体式载体：排气阻力小、机械强度大、 热稳定性好和耐冲击。其基质有两大类，陶瓷 和金属。
蜂窝陶瓷载体：本身比表面积很小，常在其壁 上涂覆一层多孔性物质，以提高载体的比表面 积。
蜂窝金属载体：涂底层的方法并不适用，通常 采用刻蚀和氧化的方法在金属表面形成一层氧 化物，在此氧化物表面上浸渍具有催化活性的 物质。
：
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
催化转化器工作过程的原理图
总体反应速率 RSi
1 RSi
1 Rmi
1 RCi
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。
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器的匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
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。
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器的基本结构
三效催化转化器 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。
请看漂亮 动画哦！
三元催化转化器结构
第6章 汽油机后处理净化技术
催化反应机理
有催化剂参与的化学反应就称为催化反应。固 体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用 属多相催化，车用催化剂就是此类型的催化。
催化剂涂覆示意图
第6章
汽油机后处理净化技术
活性组分 载体 涂层
活性组分
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化剂劣化机理
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化转化器的性能指标
第6章 汽油机后处理净化技术
转化效率
ηi
cii coi cii
100%
η(i)—排气污染物i在催化器中的转化效率；
cii—排气污染物i在催化器进口处的浓度或体积分数；
催化反应过程
第6章 汽油机后处理净化技术
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。
三效催化剂上发生 化学吸附的一般吸
附方程式：
A为吸附质分子（CO、HC或NOX） s为活性中心（或催化中心） A(s)为在吸附表面上形成的表面络合物 H(s)和O(s)分别为氢原子和氧原子吸附在活性中心形成的表面络合物
必要条件：高温和具备化学还原剂
总量反应：
理
NO还原反应 NO + CO → 0.5N 2 + CO 2 NO + H 2 → 0.5N 2 + H 2 O
(2m+0.5n)NO + CmHn
→ (m+0.25n)N 2 + 0.5nH 2 O + mCO 2
三种反应
第6章 汽油机后处理净化技术
脱附过程
第6章 汽油机后处理净化技术
NOx吸附还原催化转化器反应机理
稀燃时NO在贵金属B(Pt)作用下
反
NOX吸附机理
首先被氧化为NO2： NO+ O2→NO2
在富氧条件下 NO2与BaO反应生
应
成Ba(NO3)2的反应： NO2 + BaO + O2→Ba(NO3)2
机
被吸附的NOX在浓燃阶段脱附：
2Ba(NO3)2→2BaO+4NO2+O2
三效催化器与电控燃油喷射系统的匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
三效催化器与排气系统的匹配