1、 機內凈化技術以改善發動機燃燒過程為主要內容，對降低排氣污染起到了較大作用，但其效果有限，且不同程度地給汽車的動力性和經濟性帶來負面影響。 隨著對發動機排放要求的日趨嚴格，改善發動機工作過程的難度越來越大，能統籌兼顧動力性、經濟性和排放性能的發動機將越來越復雜，成本也急劇上升。 因此，世界各國都先后開發廢氣后處理凈化技術，在不影響或少影響發動機其他性能的同時，在排氣系統中安裝各種凈化裝置，采用物理的和化學的方法降低排氣中的污染物最終向大氣環境的排放。 專門對發動機排氣進行后處理的方法是將凈化裝置串接在發動機的排氣系統中，在廢氣排入大氣前，利用凈化裝置在排氣系統中對其進行處理，以減少排入大氣的有

2、害成分。 在發達國家，車用汽油機采用后處理裝置較多。 稀燃催化技術是降低碳氧化合物排放的有效手段，目前在稀薄燃燒汽油機排放的尾氣凈化技術中，被廣泛研究與應用的是吸附還原催化器。一、三效催化轉化器的基本結構三效催化轉化器的基本結構見圖-，它由殼體、墊層和催化劑組成。殼體殼體是整個三效催化轉化器的支承體。 殼體的材料和形狀是影響催化轉化器轉化效率和使用壽命的重要因素。為了使載體在殼體內位置牢固，防止它因振動而損壞，為了補償陶瓷與金屬之間熱膨脹性的差別，保證載體周圍的氣密性，在載體與殼體之間加有一塊由軟質耐熱材料構成的墊層墊層。二、催化反應機理催化作用的核心是催化劑。 催化劑是一種能夠改變化學反應達

3、到平衡的速率而本身的質量和組成在化學反應前后保持不變的物質?；瘜W動力學過程三個步驟的機理如下:)吸附過程吸附作用是一種或數種物質的原子、分子或離子附著在另一種物質表面上的過程。)表面反應過程反應物分子吸附在催化劑表面的活性中心后，它們就分別開始與同樣吸附在活性中心的氧化劑分子或還原劑分子發生氧化還原反應。)脫附過程當表面反應過程完成后，生成的反應產物分子就會從催化劑表面的活性中心脫離出來，為表面反應的繼續進行空出活性位，這個過程稱為脫附。三、三效催化劑及其劣化機理三效催化劑的組成三效催化劑的組成三效催化劑的劣化機理三效催化劑的劣化機理是一個非常復雜的物理、化學變化過程，除了與催化轉化器的設計、

4、制造、安裝位置有關外，還與發動機燃燒狀況、汽油和潤滑油的品質及汽車運行工況等使用過程有著非常密切的關系。 影響催化劑壽命的因素主要有四類，即熱失活、化學中毒、機械損傷以及催化劑結焦。 在催化劑的正常使用條件下，催化劑的劣化主要是由熱失活和化學中毒造成的。四、三效催化轉化器的性能指標 車用汽油機三效催化轉化器的性能指標很多，其中最主要的有污染物轉化效率和排氣流動阻力。 轉化效率由下式定義:. 空燃比特性. 起燃特性到目前為止，起燃溫度是最常用的起燃特性指標，其試驗測定也簡便易行。. 空速特性. 流動特性五、三效催化轉化器工作過程模擬催化轉化器的轉化效率是運行參數和設計參數的復雜函數。 如果催化轉

5、化器的研究和設計僅依賴經驗方法，這不僅費時費力，而且也很難設計出令人滿意的產品。 如果能建立一個通用的數學模型，可方便、快捷地了解催化轉化器工作過程的各個細節以及各種參數之間的相互影響，從而有力地促進催化轉化器的研究與設計。因此，在模型中需要考慮六種物質，其中的反應如下:這里將圓柱蜂窩載體簡化成軸對稱的二維模型，見圖-。在圖- 中， 表示氣體與載體間的徑向傳熱量， 表示氣體與載體間的軸向傳熱量，表示總的化學反應熱量， 表示氣體與載體表面的對流傳熱量。六、三效催化轉化器的匹配. 三效催化器與電控燃油噴射系統的匹配()冷起動階段:在保證發動機運轉平穩的前提下，一般采用較小的空燃比，較小的點火提前角

6、和較高的暖機轉速，以產生較高的排氣溫度，使三效催化轉化器盡快起燃。()怠速工況:為保證三效催化轉化器的轉化效率，就要把空燃比控制在化學計量比附近，并采用較小的點火提前角和較高的怠速轉速，以保證排氣溫度高于催化器的起燃溫度。 而無催化器的電控系統一般追求怠速的穩定性和經濟性。()穩態工況:中小負荷時，要實現空燃比中值和波動的控制，涉及氧傳感器中值電壓修正和空燃比波動頻率、幅值的調節。 大負荷時，要對空燃比進行加濃，以獲得好的動力性，但在有催化器時，還要兼顧利用加濃的空燃比來降低排氣溫度，以防止催化轉化器過熱。()加減速等過渡工況:涉及加速變濃、減速變稀和減速斷油等工況的標定，要兼顧良好的過渡性能

7、和排放性能。 特別是在減速過程中，更要嚴格控制失火現象，以免未燃混合氣在催化器中的燃燒引起催化器過熱。. 三效催化器與排氣系統的匹配排氣系統對發動機性能的影響主要是通過壓力波對排氣干擾而產生的，其影響程度隨排氣管長度而變化。 而催化器的安裝位置會顯著影響排氣系統的這種波動效應，進而影響發動機的動力性和經濟性。 因此，在采用催化器時必須對發動機排氣系統進行重新設計，以達到催化器與排氣系統的良好匹配。 匹配中應考慮的主要影響因素是排氣總管和排氣歧管的尺寸以及配氣相位。. 催化器與燃料及潤滑油的匹配催化器與燃料及潤滑油的匹配是指，對于油品中有害成分含量(鉛、硫、磷等)尚未實行控制的地區，應選用抗中毒

8、劣化性好的催化劑。 另外，催化器與排放法規之間也應有合理的對應關系。 如僅滿足以 和 為控制目標的排放法規，則可選用氧化型催化器 為滿足帶有城郊高速行駛工況的排放測試程序，應選用空速特性好的催化器。 實際上，汽車和催化器廠家并不單純追求催化器性能越高越好，而是更注重催化器性能恰好滿足當時的排放法規。 因為催化器性能越好，往往是貴金屬含量越高，因而成本越高。稀薄燃燒技術是降低 排放的有效手段。 所謂稀薄燃燒指發動機在空燃比大于化學計量比的條件下運行，其排放尾氣與普通發動機有相似的化學成分，但其中還原性及氧化性氣體的相對含量不同于普通發動機的尾氣，因而其排放尾氣的凈化處理技術有明顯區別。 采用稀薄

9、燃燒技術，可提高燃料的利用率，從而提高燃料的經濟性， 減少、 排放濃度，在一定空燃比范圍內， 和 也有所減少，但 的濃度卻明顯升高，導致 的轉化效率會大大降低，在這種富氧條件下，催化還原其中的 是稀燃催化技術的關鍵所在。 目前針對稀燃催化技術研究較多的是- 氧化還原催化劑、- 三效催化劑、全 催化劑和后來采用的催化劑涂層等，但都因為空燃比的操作窗口太窄，要求燃油中 含量較低，因此難以廣泛應用。一、反應原理. 吸附還原催化的工作原理. 吸附還原催化反應機理) 的吸附機理在吸附階段，發動機運行在稀薄燃燒狀態，空燃比要大于理論空燃比，發動機排氣處于富氧狀態， 被吸附于吸附劑上。 吸附還原催化轉化器稀

10、燃吸附時的主要化學反應可以認為有兩個步驟:第一步:稀燃時 在貴金屬()作用下首先被氧化為: 第二步: 與貴金屬 中加入的堿或堿土金屬(主要是 ， 和 )氧化物作用生成硝酸鹽，以硝酸鹽的形式吸附在堿土金屬氧化物表面。 以堿土金屬氧化物 為例，在富氧條件下 與 反應生成() 的反應如下: () 的凈化還原機理在凈化還原階段，發動機處于濃燃狀態，空燃比小于理論空燃比，在此過程中被吸附的 首先被釋放，然后在還原劑的作用下反應生成，從而實現凈化還原。 吸附還原催化轉化器濃燃凈化還原時的主要化學反應可以認為有兩個步驟:第一步:被吸附的 在濃燃階段脫附。 化學反應為:() 第二步: 的凈化。 與三效催化轉化

11、器中的還原機理一樣， 在還原劑 、的作用下被還原為無害的氮氣，具體化學反應為: 二、影響因素分析吸附還原催化器主要工作在稀燃狀態下，因此這種催化器在富氧時的 儲存能力非常關鍵，當排氣中 濃度低于時， 儲存量急劇下降。 儲存單元堿度越高，儲存的 量就越大，但這將降低 的活性，尤其是 的轉化率，因此在應用這種催化器時，應優化其含堿量。 此外，貴金屬 顆粒的大小對 轉化率影響顯著， 尺寸越小，其活性越大，則的轉化率越高。 在吸附還原催化器不同氣體還原 的能力中，、 最高，烯烴、烷烴次之。 為使 的轉化效率較高，還原劑與 的最佳摩爾比應選為。硫中毒是造成吸附還原催化器失活的最主要因素，當燃料含硫量較多

12、時， 還原效率會急劇下降， 因為硫化物在催化器表面形成一層不能穿透的硫酸鹽表面層，從而使 不能再被吸收，造成催化器中毒劣化而失效。三、稀燃催化技術匹配控制及性能吸附還原催化器的吸附能力是有限的，當催化器在稀燃工況下連續運行時，吸附量將達到飽和，不能繼續起作用。為了精確控制 吸附的稀燃階段和 還原的濃燃階段，可以在催化器后安裝氧傳感器，檢測 還原過程是否結束，從而使 排放和燃油經濟性都達到最優。熱反應器一般采用耐熱耐腐蝕的不銹鋼制成，其結構見圖-。熱反應器由殼體、外筒和內筒三層構成，中間加保溫層，使內部保持高溫。 熱反應器安裝在排氣總管出口處，由于有較大的容積和絕熱保溫部分，反應器內部的溫度可高達 。 同時在緊靠排氣門處噴入空氣(即二次空氣)，以保證 和 氧化反應的進行。 進行氧化反應的溫度應高于， 進行完全反應的溫度應至少超過。 熱反應器必須為熱反應提供必要的反應條件，通常在濃混合氣工作條件下，熱反應器產生大于 的高溫。通入二次空氣時， 和 的轉化率最高，但會使燃油經濟性惡化。 對于稀混合氣工作的汽油機，不需供給二次空氣，并可減少空氣泵的能量消耗。 一般情況下，熱反應器對 和 的轉化率可達?？諝鈬娚渚褪菍⑿迈r空氣噴射到排氣門的后面，使尾氣中的 化合物和 在排