汽车污染物排放净化控制系统概述

模块六 污染物排放净化控制系统
2.二氧化碳等与温室效应 产生温室效应的气体有CO2、CH4、NO2、O3及氟氯碳烷 (Chlorofluorocarbons-CFCS)。汽车排气中含有CO2、CO、CH4、 NO2,或者经过化学反应后生成。在汽车空调、制冷装置及某些去 污剂、清洁剂中含有氟氯碳烷,在汽车维修及损坏时,则往往排放 到大气中。氟利昂除了产生温室效应外,还会破坏高空的臭氧层。 这样,太阳光的紫外线没有臭氧层阻挡,人们会受到较多紫外线射, 则可能引起白内障、皮肤癌及免疫系统受损等问题。因此国际上 已停止使用氟利昂CFC-12,而用HFC-134a代替。在一些国家或 地区尚未彻底更换前,必须采取有效措施防止CFC-12泄漏到大气 中。
图6—2—3 三元催化器的结构 a)三元催化器解剖 b)三元催化器横向解剖 c)蜂窝状的催化剂
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2.三元催化器的工作原理 当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、 HC 和NOx三种气体的活性,促使其进行一定的氧化-还原化学反应,其中 CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下 氧化成水(H2O)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。这样,CO、HC和 NOx 通过三元催化器孔道时,转化为无毒无害的水(H2O)、氧气(O2)和 氮气(N2),净化了汽车尾气,如图6—2—4所示。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。
图6—2—1 有害气体与混合气浓度的关系
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一、三元催化转换(TWC) 1.三元催化器的安装位置和结构 如图6—2—2所示,三元催化器安装在排气消声器前。三元催化器由钢 外壳、陶瓷载体(氧化镁、氧化铝、硅酸盐)和催化剂(铂、钯、铑)组成,如 图6—2—3所示。
图6—2—2 三元催化器的安装位置
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课题一 发动机排放的污染物及净化方法
◆ 了解汽车产生排放污染物的部位。 ◆ 熟悉汽油机排放污染物净化方法。
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如图6—1—1所示为汽车排放的烟雾,试说出它的主要成 分及对人的危害。
图6—1—1 汽车排放的烟
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一、汽车排放污染物的部位和种类 汽车排放污染物的部位主要有3个:排气管、油箱和曲轴箱。 汽油机排气管排放的废气成分主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物 (HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化碳(CO2)四种。其中CO2为汽 油燃烧的必然产物,是不能避免的,危害性较小。而CO、HC、 NOx 是有害物,需严格控制其排放量。排气管排放的污染物如图 6—1—2所示。
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3.炭烟微粒与人类健康 汽车柴油发动机排出的炭烟微粒主要由碳粒子、未燃的碳氢化 合物、硫化物、氧化物及含金属成分的灰分等构成。通常将颗粒 直径大于0.002μm 的任何固体或液体粒子称为微粒。汽车排放的 炭烟微粒是由燃油、润滑油以及其中的添加剂未完全燃烧的产物, 再加上运动零件磨损下来的金属屑、未过滤掉的空气中杂质以及 它们的燃烧产物所构成。 4.氮氧化合物、未燃烃与光化学烟雾 汽车发动机未燃烃(HC)中的一些物质除有致癌危险外,未燃烃及 氮氧化物(NOx)在太阳光作用下,经过一系列的化学反应,产生浅蓝 色的刺激性烟雾,即光化学烟雾,它含有臭氧、过氧酰基硝酸盐 (PAN)以及各种自由基、醛、酮等物质。科学试验表明,HC、NOx、 太阳光是形成光化学烟雾的必要条件。
图6—1—2 排气管排放的污染物
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二、汽车排放污染物及其危害分析 汽车排放的废气中含有数百种不同的物质,其中有害物除CO、SO2 外,目前特别引起人们关注的是:产生温室效应的CO2 及CH4 等;形成光 化学烟雾的氮氧化物(NOx)及未燃烃(HC)等以及会致癌的附在炭烟微 粒上面的多环芳香烃(PAN)等物质。 1.CO 与人体中毒 CO是在不完全燃烧的情况下产生的,是一种无色、无味的有毒气体。 CO 一旦进入人体的血液和大脑,会降低红细胞的供氧能力,即使CO的 浓度很低,也能伤害神经系统功能和视力。在驻车期间,发动机在怠速工 况下带动空调机运行时,如果发动机排气系统漏出CO,会进入乘座舱内, 引起人体中毒,严重时会致命。
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图6—1—3 光化学烟雾产生过程及危害
图6—1—4 光化学烟雾
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5.汽车排放污染物对社会经济的影响 汽车排放污染物对社会的影响,首先表现在经常与汽车排放物 接触的人的健康受到不同程度的伤害,产生一些慢性病症。有的 则导致肿瘤及癌症的发生。据美国资料统计,美国每年约有6万人 因呼吸空气中有害微粒等而死亡,尽管空气中有害排放物已经达 到甚至低于目前法规要求。这些因汽车排放引发的病症及死亡必 然会增加个人及社会在医药等方面的开支。美国一份研究报告表 明,因排放的影响所造成的费用开支,约占整个汽车使用期间的费 用开支的2%~12%。
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三、汽油机排放污染物净化方法
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模块六 污染物排放净化控制系统 课题二 排气管废弃污染物控制
◆ 了解三元催化器的结构和工作原理。 ◆ 了解导入二次空气的电子控制系统。 ◆ 熟悉废气再循环系统。
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如图6—2—1所示反映出了发动机排气管中有害气体 与气缸内混合气浓度有怎样的关系?
图6—2—4 三元催化器的工作原理
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3.三元催化转化器失效的原因 (1)高温烧结。催化剂的温度为400~800℃时,净化率和使用寿命 最高。如果温度过高,催化剂过热,会加速老化,丧失催化功能。 (2)催化剂孔道堵塞,如图6—2—5所示。 (3)铅、硫、磷中毒。为预防三元催化器铅中毒,应使用93号及以 上优质无铅汽油。 (4)催化器中出现未完全燃烧的燃油。在800℃高温下,未完全燃 烧的燃油只要30s就可使催化器损坏。因此,在发动机工作时,绝对 不允许拔下点火线圈的高压线。