汽油机后处理系统前瞻性技术与发展战略

汽油机后处理系统发展现状与趋势

提高催化剂的早期活性

为促使催化剂的早期活性，需提高催化剂的升温特性，降低催化剂的活性温度。提高升温特性的主要方法是采用两级排气管和使用“薄壁式”催化剂载体。合理选择低温活性好的贵金属类，同时提高空燃比的稀薄化，是降低催化剂活性温度的有效手段。

提高催化剂性能

如前所述，北美的排放法规中，为限制HC的排放，使用NMOG(非甲烷HC

)反应性极低的甲烷成和含氧有机物)指标值。从THC(总碳氢)中扣除了和臭氧(O

3

分(防止产生光化学烟雾)，而增加了醛(Aldehyde)类成分。

一般情况下，汽油机醛类排放非常少，催化性能主要是能积极转化甲烷以外的HC成分。歧管(Manifold)催化剂使用铂(Pd)系时，与铀(Pt)系相比，相同THC条件下，NMOG排放量少，这种方法是选择歧管催化剂种类的主要依据，而对排气管催化剂的种类几乎没有影响。即钯系催化剂适用于歧管用催化转化使用，能高效实现NMOG的转化。

催化剂的强制加热

采用电加热催化剂(EHC)以及利用排气管排放气体燃烧产生的热量，促使催化剂升温，即排气燃烧器(EGC)，能进一步提高催化剂的早期活性。EHC已达到实用化水平，但由于电能主要由蓄电池等供给，系统比较复杂。所谓EGC是在发动机起动后，浓空燃比状态下，产生的CO等可燃成分，和二次空气供给的氧气相混合，形成可燃混合气，在排气系统中设置排气燃烧器，通过火花塞点火装置，点燃未燃混合气。利用燃烧产生的热量提高催化剂的早期活性，同时还能燃烧净化发动机起动后的未燃HC成分。采用EGC净化发动机在起动后的浓空燃比时，发动机排出的HC(EGC入口HC)浓度较大，1-2s后，EGC开始燃烧，能大幅度地净化HC浓度。在采用EGC和EHC向催化剂供给热量的比较研究中发现，EGC 方式催化转化率高。综上所述，采用催化剂的强制加热，能有效地促进催化剂的早期活性。EGC技术虽属研究阶段，但大有超过EHC的趋势。

未燃HC的吸附净化

以沸泡石为主要成分，作为HC吸附剂，在催化剂活化前吸附HC，是排气净化技术的有效补充。吸附剂最重要的性能是HC吸附率，吸附剂含碳原子越多，吸附率越好。对HC吸附层，可以结合三元催化层涂覆HC吸附催化剂，吸附的HC随着排气的温度升高而自动脱离，通过表面催化层进行净化。目前HC从吸附层脱离起始温度要比催化层的活性温度低，脱离初期对HC净化有一定困难，有待于今后通过材质改良、组成成分和升温特性的改进，来进一步提高其净化性能。

汽油机后处理系统与国外的差距

尾气排放：一是燃油质量方面.燃油是汽车发动机的动力源,燃油质量不仅直接关系到汽车的动力性、经济性、耐久性,而且对汽车的排放性能起着至关重要的作用。

目前我国的燃油质量与发达国家同标号的燃油质量相比有较大的差距。由于原油成份及炼油技术的差异,使我国的成品油含硫量与烯烃含量均较高。试验检测表明,同样的发动机使用国外和国产的油品或国产不同生产厂家不同批次的成品油,其性能差异较大,特别是排放差异明显。烯烃含量高会导致发动机爆震及喷嘴结炭堵塞,工作不平稳,可靠性、耐久性差,硫、铅含量高,将导致电喷发动机三元催化器中毒、失效,使发动机排放恶化。

二是乘用车尾气排放控制方面.目前国内乘用车主要采用汽油机.尽管我国于1994年10月开始批量生产汽油机电子控制系统,在某种程度上缩短了与国外汽油机排放控制技术的差距。但实际上.由于国内乘用车主要靠与跨国集团合资生产.故其排放控制的关键技术还普遍掌握在外国人手里.我们还处在引进、消化吸收的低、中级水平。

三是商用车尾气排放控制方面.目前国外控制商用车柴油机微粒(PM)排放措施主要是中冷涡轮增压、催化转化器、微粒捕捉器、电控可变技术、使用低硫柴油等。我国对柴油机微粒排放控制起步较晚.标准也较宽松.目前与世界发达国家柴油商用车微粒排放控制水平存在较大的距离.满足欧Ⅱ标准的柴油机刚被广泛使用。相应的净化技术措施基本限于对燃油系统和进气系统的改进。柴油机电喷、催化转化器、捕捉器等较为先进的控制排放技术还处于引进吸收和试使用阶段。

汽油机后处理系统发展遇到的问题

研究和设计汽车发动机排放系统必须要了解存在的问题。目前车用发动机排气后处理存在的主要问题如下：

①"点火"温度较高

催化剂都要在较高的温度下才能对排放物起催化作用，即"点火"温度较高。因此在发动机冷启动及低温下工作时，排气温度低，HC及CO排放高，而催化剂却不能对它们起催化、转化的作用。

②不能同时适应理论空燃比及稀混合气的需要

一般三元催化剂适合在发动机使用理论空燃比混合气时，同时对HC、CO及NOx起催化转化作用。而在使用稀混合气时，排气中氧含量多时NOx的还原作用就低。

③微粒过滤器工作一段时间后，其中微粒增多，使排气阻力增加，需要将其中微粒烧掉并排除掉，尽管已有多种技术可使微粒过滤器的功能恢复，但是仍需研究出一种更简单的办法。

④贵重金属价格高

催化剂中需要有铂（Pt）、钯（Pd）及铑（Rh）等贵金属，这些金属资源不丰富，价格高。需要寻求资源丰富、价格低的金属作催化剂用。

⑤催化剂中毒的问题

催化剂在高温作用下长期使用容易老化，转化效率降低。另外更重要的问题是受排气中硫化物、铅等影响，催化剂会显著降低催化效率。此外还会产生臭味的硫化氢。

汽油机后处理系统可持续发展的影响

汽油机后处理系统发展思路与战略目标

汽油机后处理系统发展对策与建议