1、3.4 汽油機廢氣凈化及后處理技術v3.4.1 廢氣排放污染物的危害v3.4.2 汽油機廢氣有害排放物的生成機理與影響因素v3.4.3 汽油機廢氣機內凈化措施v3.4.4 汽油機廢氣后處理技術3.4.1 廢氣排放污染物的危害v一氧化碳CO的危害；v氮氧化物NOx的危害；v碳氫化合物HC的危害；v微粒PM對人類的危害。內燃機廢氣排放物的組成v內燃機排氣中基本成分是二氧化碳、水蒸氣、過剩的氧氣、及存下的氮氣，它們是燃料與空氣完全燃燒的產物，從毒物學的觀點看，它們是無毒的。v排氣中還含有不完全燃燒及燃燒反應的中間產物，包括一氧化碳CO、碳氫化合物HC、氮氧化合物NOx、二氧化硫SO2、微粒（鉛化物、

2、黑煙、油霧等）、臭氣（甲醛、丙烯醛等）等。這些污染物總和，在柴油機中不到廢氣總量的1%，在汽油機中隨不同工況變化較大，有時可達5%左右，大部分有毒，或有強烈的刺激性、臭味和致癌作用，因此列為有害成分。一氧化碳CO的危害vCO是一種無色無味的氣體，它和血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的240倍。CO與血紅蛋白結合成羥基血紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白對人體組織的供氧能力。氮氧化物NOx的危害v內燃機廢氣中氮氧化物絕大部分是NO，少量是NO2。NO是無色氣體，高濃度NO能引起中樞神經的癱瘓及痙攣，在大氣中緩慢氧化成為NO2，成褐色，具有強烈的刺激氣味，對肺和心肌有很強的毒害作用。vNOx是形成光化

3、學煙霧的主要成分。碳氫化合物HC的危害v內燃機排氣中HC濃度隨著工況與試驗條件的不同差別很大，可由幾十ppm到1萬多ppm，但和CO相比還低得多。v碳氫化合物對人類危害最大的是環芳烴，尤其是3.4苯并芘，是一種很強的致癌物質。v排氣中甲醛和丙烯醛能強烈刺激眼睛及呼吸器官。vHC也是造成光化學煙霧的主要成分。微粒PM對人類的危害v排氣中微粒是指經過空氣稀釋、溫度降到52后用涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙收集的除水以外的物質。柴油機排出的微粒大多小于0.3m，其主要成分是碳及其吸附的有機物質。吸附物中有多種PAH，具有不同程度的致癌作用。v2 m以下的碳煙吸入肺部會沉積起來，而0.10.5 m的碳煙

4、對人體的危害更大，除了致癌作用外，這種炭煙吸入肺部，會導致慢性病、肺氣腫、皮膚病及變態性疾病。v顆粒越小，懸浮于空氣中的時間越長，被人體吸入的可能性越大。3.4.2 汽油廢氣有害排放物的生成機理與影響因素v一氧化碳CO的生成機理與影響因素v碳氫化合物HC的生成機理與影響因素v氮氧化物NOx的生成機理與影響因素一氧化碳CO的生成機理vCO是碳氫化合物在燃燒過程中生成的中間產物。v控制CO排放的主要因素是可燃混合氣的過量空氣系數a。在濃混合氣中a小于1，隨減小而CO不斷增加；在稀混合氣中， CO很低，在a 1.01.1之間，CO隨略微變化。v凡是影響過量空氣系數的因素都是影響CO生成的因素。一氧化

5、碳CO生成的影響因素v進氣空氣溫度T0的影響：進氣溫度上升，大氣密度下降，而汽油密度變化很小，對化油器發動機，隨進氣溫度升高，混合氣加濃。v大氣壓力p的影響：大氣壓力下降，空氣密度下降，同樣大氣壓力的變化會影響混合氣過量空氣系數。v進氣管真空度的影響：當汽車急劇減速時，發動機真空度大于負63kPa，停留在進氣系統中的燃油迅速蒸發進入燃燒室，組成混合氣過濃。CO顯著增加到怠速時的濃度。怠速轉速對汽油機CO生成的影響v怠速轉速的影響：提高怠速轉速，可有效降低CO排放，但怠轉速過高，機械噪聲會增加。v一般從凈化的觀點，希望怠速轉速規定的高一點好。汽油機工況對CO生成的影響v汽油機在部分負荷運轉時，混

6、合氣的a接近1，CO排放量不高。但多缸機如果a不同，仍會有的氣缸a 350 熱轉換器工作原理v氧化催化轉換器對NOx無效，因此需要事先在燃燒室內對NOx進行削減。氧化催化方式有將空燃比設定在過濃區和稀薄區。v將空燃比設在最大功率附近的過濃區，汽油機性能下降不多，但CO、HC則增加很多。因此用空氣泵將空氣送入排氣中，使CO、HC在氧化催化轉換器內進行穩定氧化反應。v將空燃比設定在稀薄區，汽油機功率有所下降，但經濟性好，CO和HC較少，二次空氣量可減少。v一般增加EGR對NOx進行凈化。雙床催化（氧化還原）催化轉換器v雙床催化轉換器雙床催化轉換器是先利用排氣中的還原氣體CO、HC來還原NOx，然后

7、在噴入二次空氣以氧化CO和HC。v缺氧雙床催化轉換器缺氧雙床催化轉換器必須在濃混合氣狀態下運行，油耗高，很不經濟，目前少用。v富氧雙床催化轉換器富氧雙床催化轉換器汽油機的最低油耗點在富氧區，為了降低汽油機的燃油消耗率，稀燃汽油機重新興起。這種汽油機不適合三效催化轉換器，而采用富氧雙床催化轉換器。化油器汽油機化油器汽油機補氣系統補氣系統工作原理：工作原理：化油器供應相對較化油器供應相對較濃的混合氣，由氧濃的混合氣，由氧氣傳感器給出反饋氣傳感器給出反饋信號后，再由補氣信號后，再由補氣系統根據情況進行系統根據情況進行補氣，以使混合氣補氣，以使混合氣濃度達到三效催化濃度達到三效催化轉化器的要求。轉化器

8、的要求。三效催化轉換器v三效催化轉換器是一種能同時凈化NOx、CO、HC3種有害氣體排放的催化轉換器，它是汽油機排氣廢氣后處理種最有效的方法。v為了同時處理這3種氣體，必須保證NOx還原所需的CO、HC和H2等還原性氣體和為保證CO、HC氧化反應所需的O2。所以允許的空燃比范圍非常窄。v右圖是過量空氣系數對三效催化轉換器效率的影響曲線。vNO+CO=1/2N2+CO2vNO+H2=1/2N2+H2OvNO+HnCm N2+H2O+CO2v三效催化轉化器的主要成分：Pt/Rh=2/7。其余為A2O3，NiO和CeO2三效催化轉換器控制原理圖三效催化轉換器閉環控制系統v為保證空氣過量系數在當量比附

9、近，三效催化轉換器必須和傳感器（氧傳感器）結合構成的閉環控制系統。v傳感器測量排氣中的氧含量，并將它轉換成電信號輸入調節器，調節器根據它來對根據進氣流量傳感器確定的燃油量進行校正，以保證實際過量空氣系數變化在1%以內。三效催化轉換器結構NOx吸附催化轉換器v三效催化轉換器不能滿足稀燃汽油機NOx的凈化要求?？梢圆捎肗Ox吸附催化轉換器。v轉換器種含有貴金屬和堿土金屬作為活性成分，在稀混合氣狀態，NO在貴金屬的催化作用下，被氧化成NO2，這樣NOx都以NO2的形式出現，并和堿土金屬結合，排氣中的HC和CO被直接氧化成H2O和CO2。v在達到堿土金屬吸附極限前，將汽油機短暫進入濃混合氣狀態，使排氣

10、中產生足夠的還原劑（CO、HC、H2等），與堿土金屬中析出的NO2反應生成CO2和N2，這個過程叫NOx的吸附催化轉換器的再生過程。3.3.5 汽油機廢氣再循環技術v廢氣再循環的主要目的是降低NOx排放。廢氣再循環同時稀釋混合氣（但很少改變過量空氣系數），減少換氣損失，提高汽油機經濟性。v在有足夠氧氣的條件下，內燃機NOx形成主要取決于發動機的燃燒溫度。廢氣再循環是通過降低發動機燃燒溫度，減少NOx排放的主要手段之一。v廢氣再循環降低發動機燃燒溫度的途徑：提高混合氣的熱容比，CO2的熱容比是O2的1.5倍左右，廢氣成分的增加，使混合氣熱容比提高。降低混合氣O2的濃度，由于一部分空氣被廢氣取代，

11、混合氣中O2的濃度響應減少。降低燃燒速度，以上兩種效應使發動機燃燒溫度降低，增加了燃燒時的散熱，降低了最高燃燒溫度。廢氣再循環對汽油機NOx排放的影響汽油機廢氣再循環的種類v內燃機廢氣再循環分為：內部廢氣再循環內部廢氣再循環，進、排氣門重疊開啟時，部分廢氣回流到氣缸。雙凸輪軸四氣門或電磁氣門控制汽油機可以通過可變進氣相位，取得較好的廢氣再循環效果。外部廢氣再循環外部廢氣再循環，把經過冷卻的廢氣引入進氣管，與新鮮混合氣（汽油機）或空氣（柴油機）一起進入氣缸。外部廢氣再循環一般應用于部分負荷，滿負荷時應用廢氣再循環影響功率，怠速時應用廢氣再循環影響運轉穩定性。v外部廢氣再循環分為：氣電式廢氣再循環

12、；電磁式廢氣再循環。氣電式廢氣再循環v氣電式廢氣再循環系統中，廢氣再循環量是由廢氣再循環閥的開度和緊排氣管之間壓力差共同決定的，它的控制是通過控制廢氣再循環閥5的位置來實現。該位置主要是由作用在閥頂端的膜片上的真空腔內的負壓決定的。負壓由節氣門后的進氣管提供。為精確控制廢氣再循環閥的開度，在真空腔和進氣管之間，有一個電控壓力轉換器，它根據控制電腦的指令，控制廢氣再循環閥內真空腔的負壓，以此控制廢氣再循環閥的位置。電磁式廢氣再循環v電磁式廢氣再循環系統中，控制廢氣再循環閥的位置直接通過電磁閥，因而具有：動態響應好；調節精度高；廢氣回流量大；結構簡單等優點。圖圖 節氣門開度節氣門開度35%35%、

13、n=3200r/minn=3200r/min發動機性能發動機性能0.000.020.040.060.082004006008001000120014001600180020002200NOppmNOppmEGREGR薹薹中央進氣中央進氣單側進氣單側進氣280290300310320330340-0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.121415161718比油耗 g / (kW h)比油耗 g / (kW h)功率 k W功率 k WEGR率EGR率 中央進氣功率 中央進氣功率 單側進氣功率 單側進氣功率中央進氣油耗中央進氣油耗單側進氣油耗單側進氣油耗EGR進氣方式對發動機性能的影響進氣方式對發動機性能的影響提高冷起動時催化轉換器效率的措施v帶有傳感