1、第五章 發動機的機外凈化 前面已介紹了許多降低發動機排放的相關技術，即便是將所有的機內凈化技術都用在發動機上，發動機仍然會排出一定量的有害氣體。其原因是：要想在一個極短的時間內實現油和氣的理想均勻混合，并做到完全徹底的燃燒，事實上是不可能的。為了進一步地降低發動機的排氣污染，需要采取一些機外凈化的技術。第一節 汽油機的機外凈化三元催化凈化器三元催化凈化器油霧的凈化油霧的凈化曲軸箱強制通風曲軸箱強制通風燃油吸附技術燃油吸附技術一、三元催化凈化器三元催化凈化器的結構三元催化凈化器的結構催化反應機理催化反應機理三元催化凈化器有效工作的條件三元催化凈化器有效工作的條件三元催化凈化器的中毒失效三元催化凈

2、化器的中毒失效1 1、三元催化凈化器的結構、三元催化凈化器的結構 三元催化凈化器主要三元催化凈化器主要由裁體、催化劑、墊層和殼體等織成。由裁體、催化劑、墊層和殼體等織成。 裁裁 體體：顆粒、金屬織物、蜂窩陶瓷；：顆粒、金屬織物、蜂窩陶瓷； 催化劑催化劑：以銠：以銠Rh、鉑、鉑Pt、鈀、鈀Pd三種貴重金屬為主要活性組分，三種貴重金屬為主要活性組分，還有鈰還有鈰Ce、鑭、鑭La等稀土元素作為助催化劑。等稀土元素作為助催化劑。 墊墊 層層：一般由陶瓷纖維：一般由陶瓷纖維(硅酸鋁硅酸鋁)、蛭石和有機粘合劑三部、蛭石和有機粘合劑三部分組成。陶瓷纖維分組成。陶瓷纖維(硅酸鋁硅酸鋁)具有良好的抗高溫能力；蛭

3、石的作用具有良好的抗高溫能力；蛭石的作用主要提供熱膨脹性和隔熱性，使主要提供熱膨脹性和隔熱性，使催化轉化器的殼體和載體連接更催化轉化器的殼體和載體連接更為緊密；有機粘合劑主要作用是為緊密；有機粘合劑主要作用是使墊層具有一定的強度以便于在使墊層具有一定的強度以便于在裝配催化轉化器系統時安裝容易。裝配催化轉化器系統時安裝容易。2、催化反應機理 催化反應屬于多相催化反應，其多相催化反應歷程需要如下連續七個步驟才能完成，即：反應物從流體主體向固體催化劑外表面擴散反應物從流體主體向固體催化劑外表面擴散反應物從外表面向內表面擴散反應物從外表面向內表面擴散反應物在催化劑上吸附反應物在催化劑上吸附吸附物在催化

4、劑表面上進行反應吸附物在催化劑表面上進行反應產物從催化劑表面脫附產物從催化劑表面脫附產物從催化劑內表面擴散到催化劑外表面產物從催化劑內表面擴散到催化劑外表面產物從催化劑外表面向氣流主體擴散產物從催化劑外表面向氣流主體擴散 NOxN2+O2，CO+0.5O2CO2，HC+O2CO2+H2O3、三元催化凈化器有效工作的條件三元催化凈化器的窗口效應三元催化凈化器的窗口效應三元催化凈化器的工作溫度三元催化凈化器的工作溫度： 起燃溫度： 最有效的轉換溫度： 。C0300C0500C06004、三元催化凈化器的中毒失效熱熱 失失 活活：當溫度達 以上時，載體會燒熔塌陷，作為催化劑的貴重金屬會氧化，催化活性

5、下降；化學中毒化學中毒：一些毒性化學物質吸附在催化劑表面，尾氣中的有害氣體不能和催化劑接觸，使催化劑的轉換效率降低。導致催化凈化器化學中毒的物質主要有硫、鉛、鋅、磷。 1）硫中毒）硫中毒 二氧化硫的存在會抑制三元催化劑的活性。 2）鉛中毒）鉛中毒 鉛中毒存在兩種不同的機理，即： 當溫度達 時，氧化鉛引起中毒； 當溫度低于 時，硫酸鉛和鉛的其他化合物引起中毒。 3）磷中毒）磷中毒 磷酸鉛及焦磷酸鋅附在催化劑表面使之中毒。 4）鋅中毒）鋅中毒 焦磷酸鋅附在催化劑表面使之中毒。C0850C0700C0800C0550二、油霧的凈化 發動機冒白煙和藍煙也是一種污染，其產生的原因是：發動機的燃燒溫度過低

6、，油、氣混合不均勻，燃燒不徹底，部分未燃燒的燃油和潤滑油以油滴狀隨排氣排出而呈現出的一種現象。由此可見，提高發動機溫度是解決白煙和藍煙有效的方法。目前對此所采取的方法是，在低溫啟動及暖機過程中，對發動機的進氣進行預熱及縮短暖機過程，提高燃油的霧化效果，改善發動機的燃燒特性。三、曲軸箱強制通風 發動機在工作過程中，氣缸中的高溫高壓氣體不可避免會有少量下竄；曲軸箱中的潤滑油在高溫作用下，不可避免會有少量氣化。其有害氣體的主要成分是HC。曲軸箱中的氣體不及時排出會導致壓力升高，活塞背壓增大，影響發動機的各項性能，甚至使發動機無法正常工作。過去的做法是直接將曲軸箱中的氣體排出機外。為減少其對環境的污染

7、及有效利用燃油，現在均采用曲軸箱強制通風，其方法是：將曲軸箱中的氣體引入進氣管，使之和新鮮空氣一起進入氣缸燃燒。四、燃油吸附技術 限制燃油蒸汽的外泄，對于裝用汽油發動機的汽車尤為重要。為了解決這以問題，目前，在電控燃油噴射式發動機上已廣 泛采用活性碳來吸附燃油 蒸汽。當發動機正常運行 時，將進入發動機新鮮空 氣的一部分引入流經活性 碳罐，如此便可使活性碳 再生。第二節 柴油機的機外凈化微粒捕集技術微粒捕集技術NOx的機外凈化技術的機外凈化技術氧化催化轉化技術氧化催化轉化技術一、微粒捕集技術微粒捕集原理微粒捕集原理微粒捕集材料微粒捕集材料微粒捕集器的再生微粒捕集器的再生1、微粒捕集原理 擴散沉積

8、擴散沉積：在排氣氣流中，微粒由于受到氣體分子熱運動的碰撞而作布朗運動，細小的微粒在布朗運動的作用下擴散到壁面和微孔的內表面，微粒的尺寸越小，排氣溫度越高，布朗運動越劇烈，擴散沉積作用越明顯。 攔攔 截截：微粒的直徑比過濾微孔的直徑大時，微粒便被攔截捕獲。 慣性碰撞慣性碰撞：當氣流流入微孔內時，氣體收縮導致流線彎曲，由于微粒的慣性遠比氣體大，因此它將保持原運動方向而偏離流線，結果使微粒碰撞到捕獲物而被捕集。 綜合過濾綜合過濾：實際的微粒捕集器通常要用到上述三種捕集方法中的23種，因此將用到多種捕集方法的微粒捕集技術稱為綜合過濾。2、微粒捕集材料 柴油機上所用的微粒捕集技術主要是利用過濾器對發動機

9、排出的廢氣進行過濾，濾掉廢氣中的碳煙，達到減小排氣污染的目的。實驗中的微粒過濾材料有如下幾種，即：陶瓷基過濾材料陶瓷基過濾材料金屬基過濾材料金屬基過濾材料復合基過濾材料復合基過濾材料陶瓷基過濾材料 蜂窩陶瓷蜂窩陶瓷 泡沫陶瓷泡沫陶瓷 陶瓷纖維氈陶瓷纖維氈金屬基過濾材料 泡沫合金泡沫合金：一種具有三維網絡骨架的材料，其結構與蜂窩陶瓷相似； 金屬絲網金屬絲網：成本相對較低，且孔隙大小沿氣流方向可任意組合，捕獲的微粒在過濾體中沿過濾方向分部均勻。缺點是捕獲效率低。 金屬纖維氈金屬纖維氈：壁表面積大，過濾效果好。復合基過濾材料 由于陶瓷基過濾材料和金屬基過濾材料都有其自身的優、缺點，為了充分利用陶瓷基

10、過濾材料和金屬基過濾材料的優點，避免其不足，所以國際上正在研究一種復合基增強型過濾材料。其研究的重點放在纖維氈上。NHK Sping公司發明的新型復合基過濾材料是金屬纖維氈Fe-18Cr-3Al和陶瓷纖維氈 70Al2O3-30SiO2的復合材料。3、微粒捕集器的再生主動再生主動再生：噴油助燃再生 電加熱再生 微波加熱再生 紅外加熱再生 反吹再生 被動再生被動再生：大負荷再生 排氣節流再生 催化再生 燃油添加劑再生 二、NOx的機外凈化技術NOx吸附催化還原吸附催化還原NOx的選擇性非催化還原的選擇性非催化還原NOx的選擇性催化還原的選擇性催化還原等離子輔助催化還原等離子輔助催化還原1、NOx

11、吸附性催化還原 吸附性催化還原是基于發動機周期性貧燃和富燃工作的一種NOx進化技術。其凈化機理是：吸附器是一個臨時存放NOx的裝置，發動機正常運轉處于貧燃階段，排氣處于富氧狀態。NOx被吸附劑以硝酸鹽的形式儲存；當吸附達到飽和時，使發動機進入富燃狀況，硝酸鹽分解出NOx，并與排氣中的HC和CO在催化劑的作用下還原成N2。2 2、NOxNOx的選擇性非催化還原的選擇性非催化還原 NOxNOx的選的選擇性非催化還擇性非催化還原的凈化原理原的凈化原理是，在發動機是，在發動機排出的高溫廢排出的高溫廢氣中加入還原氣中加入還原劑劑NH3NH3，使其，使其與與NOxNOx反應生反應生成成N2N2和和H2OH2O。3、NOx的選擇性催化還原 NOx的選擇性催化還原與NOx的選擇性非催化還原的區別是： NOx的選擇性催化還原借用催化劑以加速NOx的轉化。在此需特別指出的是， NOx的選擇性催化還原技術易加速N2O的形成，而N2O導致溫室效應的作用是CO2的150倍。4、等離子輔助催化還原 等離子技術是指由電子、離子、自由基和中性粒子等組成的導電性流體（整體保持電中性），離子、激發態分子、原子和自由基等都是化學活性極強的物質。首先利用這些活性物質將NO和HC氧化為N