排气净化装置(EGR、DOC、SCR、三元催化器)教学资料

排气净化装置(E G R、D O C、S C R、三元催化

器)

排气知识小结

机外净化装置篇

目前欧马可车型使用的机外净化装置主要有DOC、三元催化器、SCR三种。DOC：氧化催化转换器，只将排气中的CO和HC氧化为CO２和H２O，因此这种催化转换器也称做二元催化转换器。必须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂，才能使其有效地工作。

发动机台架外特性试验表明，加装DOC后，柴油机扭矩略有下降（4％），燃油消耗率略有上升（1％）。表明DOC对原机的动力性和经济性影响较小。加装DOC后，发动机的排放性能得到了较大程度的改善。DOC较大程度降低了烟度，CO，HC的排放，对NOx化合物的排放影响较小。

目前，此转化器用于F2.8国三、国四车上（F2.8s4 96KW或129T除外）。

三元催化器：安装在发动机排气管中，通过氧化还原反应，将发动机排放的三种废气有害物CO、HC和NOx转化为无害的水、二氧化碳和氮气。其催化剂大都含有铂、锗等贵金属或稀土元素，价格昂贵，在正常情况下，使用寿命为八万公里左右(国产的三元催化转化器也能达到五万公里以上)。三元催化器只有汽油车使用。由于三效催化转化器的工作要求比较严格，如果使用不当，会造成催化器早期失效层至损坏。

失效原因主要归纳为以下几点：

1、温度过高。常温下三元催化转化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250—350℃，正常工作温度一般在350—700℃。当温度超过850—1000℃时，其内涂层的催化剂很可能会脱落，载体碎裂。所以必须注意控制造成排气温度升高的各种因素，如点火时间过迟或点火次序错乱、断火等，这都会使未燃烧的混合气进入催化反应器，造成排气温度过高，影响催化转化器的效能。

2、慢性中毒。催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用，即所谓的“中毒”现象。

3、表面积碳。当汽车长期工作于低温状态时，三元催化器无法启动，发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面，造成无法与CO和HC接触，长期下来，便使载体的孔隙堵塞，影响其转化效能。

4、排气恶化。催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度，因此必须通过机内净化技术将原始排气降到最低。如果排放的废气污染物各成分的浓度、总量过大，比如混合气偏浓等，就会影响催化器的催化转化能力，降低其转化效率。此外，由于废气中有大量的HC和CO进入催化反应器后，会在其中产生过度的氧化反应，氧化反应产生大量热量将使催化反应器温度过高而损坏。

三元催化器一般与氧传感器配合。下面介绍一下氧传感器的工作原理及检测方法。

氧传感器安装在发动机的排气管上，位于三效催化转化器之前，用于测量废气中的氧含量。如果废气中的氧含量高，说明混合气偏稀，氧传感器将这一信息输入发动机电控单元（ECU），ECU 指令喷油器增加喷油量；如果废气中的氧含量低，说明混合气偏浓，ECU 指令喷油器减少喷油量，从而帮助ECU 把混合气的空燃比控制在理论值（14.7）附近。因此，氧传感器相当于一个混合气的浓度开关，它是电喷发动机实行闭环控制不可缺少的重要部件。

氧传感器的作用：电喷车为获得高排气净化率，降低排气中（CO）一氧化碳、（HC）碳氢化合物和（NOx）氮氧化合物成份，必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势：O伏）通知ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势：1伏）通知（ECU）电脑。ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。但是，如氧传器有故障使输出的电动势不正常，（ECU）电脑就不能精确控制空燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有“智能”的传感器。传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息，即氧气含量，并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制；确保三效催化转化器对排气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。

通俗的说，就是氧传感器的作用就是测量排放尾气的含氧量并反馈给ECU，由ECU控制发动机的λ值。

后氧传感器的作用是检测三元催化器是否失效。

SCR:选择性催化还原，其原理就是在含有NOx的尾气中喷入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx还原成N2和水。还原反应在较高的温度范围（870—1100℃）内进行，不需要催化剂，称为选择性非催化还原（SNCR）；还原反应在较低的温度范围（315—400℃）内进行，需要催化剂，称之为选择性催化还原（SCR）。

主反应方程式： 4HN3+4NO+O2---催化剂---4N2+6H2O

4HN3+2NO+2O2---催化剂---3N2+6H2O

4HN3+6NO---催化剂---5N2+6H2O

8HN3+6NO2---催化剂---7N2+12H2O

SCR成功的关键因素：

一是排气与NH3充分混合；

二是按进入反应区的NOx浓度及去除率严格控制NH3的喷入量。

在反应过程中，还原反应并不完全，不参加反应的部分NH3会随排气从烟道逸出。若逸出量过高时，会出现若干有害的副反应，如在有O2存在的条件下，催化剂会将SO2转化为SO3，SO3和多余的NH3和水反应生成硫酸铵或者硫酸氢铵。这种固态物质会污染和堵塞下游部件，沉积在锅炉表面或者在烟囱出口处形成蓝色的有害烟雾。露点腐蚀也被认为与此物有关。因此不得不设置水洗装置以清除有害的副反应生成物，从而使结构复杂化。催化剂也会随时间的增加而丧失活性，因此必须定期更换，一般规定一至五年更换一次，需根据用途而定。但由于催化剂价格昂贵，频繁更换必然会增加运营成本。

机内净化装置篇

EGR：是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，也就是说燃烧速度将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量(mass flow) 减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。