第六章汽油机后处理净化技术.ppt

第二节三效催化转化技术第三节稀燃催化技术第一节概述第四节热反应器第五节空气喷射第一节概述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。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,在废气排入大气前,利用净化装置在排气系统中对其进行处理,以减少排入大气的有害成分。在发达国家,车用汽油机采用后处理装置较多。稀燃催化技术是降低碳氧化合物排放的有效手段,目前在稀薄燃烧汽油机排放的尾气净化技术中,被广泛研究与应用的是吸附还原催化器。第二节三效催化转化技术一、三效催化转化器的基本结构三效催化转化器的基本结构见图6-1,它由壳体、垫层和催化剂组成。壳体是整个三效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。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。第二节三效催化转化技术二、催化反应机理催化作用的核心是催化剂。催化剂是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。化学动力学过程三个步骤的机理如下:1)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。2)表面反应过程反应物分子吸附在催化剂表面的活性中心后,它们就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。3)脱附过程当表面反应过程完成后,生成的反应产物分子就会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,这个过程称为脱附。第二节三效催化转化技术三、三效催化剂及其劣化机理三效催化剂的组成三效催化剂的劣化机理是一个非常复杂的物理、化学变化过程,除了与催化转化器的设计、制造、安装位置有关外,还与发动机燃烧状况、汽油和润滑油的品质及汽车运行工况等使用过程有着非常密切的关系。影响催化剂寿命的因素主要有四类,即热失活、化学中毒、机械损伤以及催化剂结焦。在催化剂的正常使用条件下,催化剂的劣化主要是由热失活和化学中毒造成的。第二节三效催化转化技术四、三效催化转化器的性能指标车用汽油机三效催化转化器的性能指标很多,其中最主要的有污染物转化效率和排气流动阻力。转化效率由下式定义:,起燃温度是最常用的起燃特性指标,其试验测定也简便易行。、三效催化转化器工作过程模拟催化转化器的转化效率是运行参数和设计参数的复杂函数。如果催化转化器的研究和设计仅依赖经验方法,这不仅费时费力,而且也很难设计出令人满意的产品。如果能建立一个通用的数学模型,可方便、快捷地了解催化转化器工作过程的各个细节以及各种参数之间的相互影响,从而有力地促进催化转化器的研究与设计。因此,在模型中需要考虑六种物质,其中的反应如下:第二节三效催化转化技术这里将圆柱蜂窝载体简化成轴对称的二维模型,见图6-6。在图6-6中,Qr表示气体与载体间的径向传热量,Qz表示气体与载体间的轴向传热量,Qc表示总的化学反应热量,Qh表示气体与载体表面的对流传热量。第二节三效催化转化技术六、(1)冷起动阶段:在保证发动机运转平稳的前提下,一般采用较小的空燃比,较小的点火提前角和较高的暖机转速,以产生较高的排气温度,使三效催化转化器尽快起燃。(2)怠速工况:为保证三效催化转化器的转化效率,就要把空燃比控制在化学计量比附近,并采用较小的点火提前角和较高的怠速转速,以保证排气温度高于催化器的起燃温度。而无催化器的电控系统一般追求怠速的稳定性和经济性。(3)稳态工况:中小负荷时,要实现空燃比中值和波动的控制,涉及氧传感器中值电压修正和空燃比波动频率、幅值的调节。大负荷时,要对空燃比进行加浓,以获得好的动力性,但在有催化器时,还要兼顾利用加浓的空燃比来降低排气温度,以防止催化转化器过热。(4)加减速等过渡工况:涉及加速变浓、减速变稀和减速断油等工况的标定,要兼顾良好的过渡性能和排放性能。特别是在减速过程中,更要严格控制失火现象,以免未燃混合气在催化器中的燃烧引起催化器过热。