第6章 汽油机后处理净化

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三效催化转化器壳体通常做成双层结构，并用
奥氏体或铁索体镍铬耐热不锈钢板制造。壳体的内
外壁之间填有隔热材料。
以防因氧化皮脱落造
成催化剂的堵塞。
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。
2．垫层
❖ 安装位置：载体与壳体之间 ❖ 目的：
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。
3)活性组分
活性组分
铑Rh 铂Pt
催化NOx还原反应的主要成分，可以 改善CO的低温氧化性能。但其抗毒性 较差，热稳定性不高。
主要起催化CO和HC的氧化反应的作用， 对NO有一定的还原能力 。
钯Pd
助催化剂（铈Ce、镧La）
❖ 催化反应：
有催化剂参与的化学反应。
催化作用
均相催化
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（车用催化剂）
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)
反应物分子从催化剂外表面向孔内扩散 (内扩散)
反应物分子在催化剂内表面上吸附
多相催化反应过程
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
6.2.3 三效催化剂及其劣ຫໍສະໝຸດ Baidu机理
❖ 1．三元催化剂
三元催化剂
载体 涂层 活性成分
三元催化转化器的核心部 分，决定了三元催化转化 器的主要性能指标 。
铝镁硅酸盐陶瓷
(2Al2O3·2Mg0·5SiO2 ),
蜂窝状整体式载体具有排气阻力小、机械强度 大、热稳定性好和耐冲击等优良性能。（堇青 石陶瓷（90%）和金属（10%） ）
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。
第6章 汽油机后处理净化技术
6.1 概 述
❖ 机外净化定义：
利用净化装置在排气系统中对废气进行处理， 以减少排入大气的有害成分。
机外净化装置
三元催化转化器 热反应器
空气喷射器
主要内容
介绍了车用汽油机后处理净化装 置特别是三效催化转化器的基本 结构和工作原理.
对三效催化转化器的催化反应机 理、性能指标和催化剂及其劣化 机理进行了较为详细的描述.
陶瓷纤维(硅酸铝)
蛭石
有机粘合剂
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。
6.2.2 催化反应机理
❖ 催化剂：
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。（催 化作用的核心 ）
特点：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，可以减小载体承受 的热应力和壳体的热变形，还具有 隔热性。
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。
金属网垫层 垫层类型
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 力较强。（主要的应用垫层）
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
三元催化转换装置的作用
什么是三元催化器
三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重 要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、 HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为 无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同 时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质， 故称三元。
❖ 6.2.1 三效催化转化器的基本结构
组成
壳体 垫层 催化剂
载体 涂层 活性组分
1．壳体
壳体是整个三元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。
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。
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。
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、抗振 性强和寿命长。
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。
氧化铝Al2O3与SiO2、MgO、CeO2或ZrO2等氧 化物构成的复合混合物
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 局部位置叫做吸附中心。 吸附中心与吸附态共同构 成表面吸附络合物。
CO氧化反应
HC氧化反应
NO还原反应
表面反应过程生成的 反应产物分子从催化剂表 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。
吸附在催化剂表面的活 性中心后的反应物分子， 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。
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