08-13汽油机三效催化转化器发动机原理A,内燃机污染物生成控制,武汉理工大学,车用动力系
7.5 柴油机燃料供给系统与调节系统的电子控制 邹斌发动机原理A,内燃机燃料供给与调节,武汉理工大学,动力系
发出的指令来控制
不再是控制喷油泵的供油始点， 而是直接控制喷油始点，可以对 喷油规律进行更为精确的控制， 此外还能实现预喷射
五、泵-喷嘴的电子控制
预喷射控制 预喷射依靠蓄压室实现。 （a）起始位置 喷油器针阀7和蓄压室阀3在针 阀弹簧5的作用下处于关闭状 态，喷油器不喷油。
五、泵-喷嘴的电子控制
五、泵-喷嘴的电子控制
预喷射控制 （d）主喷射阶段 随着喷油压力的继续升高，蓄 压室阀向下落座，隔断了蓄压 室与高压油腔的通路，使针阀 得以重新开启，实现主喷射过 程
五、泵-喷嘴的电子控制
预喷射控制 蓄压室阀的动作使喷油压力出 现了一次下降过程，从而实现 了预喷射与主喷射。 预喷射的控制：预喷射微小油 量和提前时刻需在设计中通过 选择蓄压室阀的开启压力和行 程来确定。 主喷射的控制：油量和喷油始 点由ECU控制。
三、分配泵的电子控制
分配泵电子控制开发早，应用较为广泛，主要用于轿车和轻型车辆 的柴油机
油量调节电磁铁在ECU的指令下，调节滑套5沿着轴向移动，调节供油量。
供油正时脉冲电磁阀作为旁通阀接在分配泵液压供油提前器的旁通油路
中，可在ECU指令下反复开闭，改变作用在提前器柱塞上的压力，改变 供油正时。
四、单体泵的电子控制
工作原理 高压电磁阀的实质为一个三通阀 电磁阀断电：打开旁通油路(同时将 高压油路关闭)，连通柱塞顶部高压 腔与油泵内回油道，这时即使柱塞 处于上升阶段，也不能建立高压； 电磁阀通电：关闭旁通油路，联通 柱塞顶部高压腔与出油口，则柱塞 顶部高压腔的油压迅速升高，并通 过高压油路流向喷油器，进行喷油，
此后高压电磁阀再断电，高压油路
卸压，喷油终止。
四、单体泵的电子控制
关于三元催化转化器
关于三元催化转换器<一>．三元催化转化器：1.什么是三元催化转化器：三元催化转化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，是目前汽油机中使用最广泛，最成熟有效的有害排放物控制措施。
它可将汽车尾气排出的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和(NOx)等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮气(N2)。
由于这种催化转化器可同时将废气中的3种主要有害物质转化为无害物质，故称三元。
2.结构3.工作原理：废气通过净化器的通道时,三种有害气体的活性增加，活化能降低。
一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)就会在催化剂铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rn)的作用下, 与空气中的氧发生氧化反应产生无害的水(H2O)和二当汽车氧化碳(CO2), 而氮氧化合物(NOx)则在催化剂铑(Rn)的作用下被还原为无害的氧气(O2)和氮气(N2)。
4.化学反应方程式：氧化反应：2CO+O2→2CO2CO+H2O→CO2+H22Cx Hy+(2x+0.5y)O2→yH2O+2xCO2还原反应：2NO+2CO→2CO2+N22NO+2H2→2H2O+N2C x Hy+(2x+0.5y)NO→0.5yH2O+xCO2+(x+0.25y)N2 其他（有关水蒸气的反应）：CxHy+xH2O→xCO+(x+0.5y)H2CO+H2O→CO2+H2H 2+0.5O2→H2O总体上是个放热反应，因此催化转化器出口的温度应至少高于进口温度20%左右。
5.三元催化转化器的优劣：优点：三元催化转化器的性能稳定、质量可靠、寿命长，净化效率非常高，可以净化90%以上的有害物质。
可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质。
缺点：只能适用于无铅低硫汽油做燃料的汽车,价格并不低廉，清洗麻烦。
6.三元催化转化器的工作条件问题：○1.空燃比：混合气中空气与燃料之间的质量的比例。
一般用每克燃料燃烧时所消耗的空气的克数来表示。
三元催化转化器产品介绍
三元催化转化器产品介绍三元催化转化器是一种用于减少汽车尾气中有害物质排放的关键组件。
它主要由陶瓷基体、催化剂和金属壳体组成。
它能够将废气中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）转化为二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和水蒸气。
氧化反应是指将一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）氧化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。
在氧化反应中，催化剂起到促进反应的作用。
催化剂通常由铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh）等贵金属组成。
还原反应是指将氮氧化物（NOx）还原为氮气（N2）。
氮氧化物主要由汽车发动机燃烧过程中的高温燃烧生成，是导致大气污染和酸雨的主要原因之一、在还原反应中，催化剂通常由铑（Rh）组成。
解离反应是指将二氧化碳（CO2）分解为一氧化碳（CO）和氧气（O2）。
解离反应主要发生在高温条件下，可提高催化剂的活性，从而提高催化转化效率。
除了以上三种反应，三元催化转化器还可通过吸附和丰度变化的方式减少有害物质的排放。
催化剂上的吸附剂可以吸附一部分有害物质，从而减少其在尾气中的排放。
此外，当汽车行驶在不同速度和负荷条件下，燃烧产生的废气成分也会有所不同，三元催化转化器可以根据废气组成的变化自动调整催化剂的丰度，以保证高效的催化转化效果。
总的来说，三元催化转化器是现代汽车尾气净化系统中不可或缺的关键组件。
它能够有效降低汽车尾气中的有害物质排放，减少对环境和人体健康的影响。
随着环保意识的提高和国家对汽车尾气排放标准的不断提高，三元催化转化器的发展也将得到更好的推进和应用。
5.8点燃式内燃机缸内直喷燃烧系统 侯献军发动机原理A,武汉理工大学,汽车工程学院动力系
（一）采用分层燃烧的点燃直喷式汽油机
分层燃烧汽油机的特点 喷油区域分为浓混合区和稀混合区，火花塞位于浓混合区， 易于点燃混合气 平均空燃比达到30~50，远大于理论空燃比；过小的空燃 比会造成局部混合气过浓，排放碳烟；过大的空燃比会导 致点火和燃烧稳定性变差 发动机部分负荷工况采用分层燃烧，改善经济性；大负荷 时采用理论空燃比保证动力性。按照理论循环计算，空燃 比由当量空燃比增加到36，发动机的比油耗可以下降 11.5%，汽车在规定运行工况下的平均燃油效率改善8%
一类是分层燃烧系统，降低油耗
一类是均匀混合燃烧系统，更容易处理排放，成为主流
二、缸内直喷燃烧系统
分类 配置 直喷+VVT 均匀混合 汽油缸内直喷 分层燃烧 直喷+增压
直喷+VVT+来自压软喷射（一）采用分层燃烧的点燃直喷式汽油机
压缩行程喷射
进气行程喷射
三菱公司的缸内直喷系统
福特公司的缸内直喷系统
（二）均匀混合直喷点燃式汽油机
均匀混合直喷点燃式汽油机的优点 缸内喷射燃油蒸发吸热，充量系数提高，爆燃倾向降低 充量系数提高，转矩提高
爆燃倾向降低，压缩比可以提高1~1.5，提高热效率
部分负荷工况，较小排量的汽油机在较高的平均有效压 力下工作来达到同样的转矩，工作点向高效区移动
改善冷启动排放，降低冷启动和暖车过程的排放，有助
于满足更加严格的排放法规
（二）均匀混合直喷点燃式汽油机
采用VVT装置的均匀混合直喷点燃式汽油机（更高的热效率）
VVT技术可以减少泵气损失以弥补均匀混合直喷系统不能降
低泵气损失（采用节气门）的不足 缸内直喷技术在缸内形成油气混合气，改善了采用VVT的电 喷汽油机在提高进气压力后汽油蒸发与空气混合恶化的问题 采用增压的均匀混合直喷点燃式汽油机
发动机原理与汽车理论--武汉理工大学课件
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主要内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
三元催化器的作用及工作原理
三元催化器的作用及工作原理三元催化器（Three-way Catalytic Converter）是一种用于汽车尾气净化的重要设备。
其主要作用是将车辆尾气中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和氮氧化合物（HC）等有害物质转化为无害的二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和水（H2O）。
三元催化器一般由进气系统、排气系统和控制系统组成。
三元催化器的主要工作原理是“氧气剩余比”原理。
当发动机处于理想燃烧状态时，进气中含有足够的氧气与燃料完全燃烧生成CO2、H2O等物质。
而车辆行驶过程中，由于不完全燃烧、燃油质量不过关等因素，会产生大量的CO、NOx和HC等有害物质。
而三元催化器通过催化作用，将这些有害物质转化为无害物质。
三元催化器中的催化材料主要有铂、钯和铑等贵金属，催化器的体积较小但表面积相对较大，其中贵金属负载在陶瓷或金属载体上。
进气进入催化器后，先通过氧传感器检测氧气含量，然后进入氧化反应层。
在氧化反应层中，铂和钯催化剂催化CO和HC氧化为CO2和H2O。
接下来，氮氧化物还原层中的铑催化剂使NO和其他氮氧化物还原为N2和O2、最后，还会通过氧传感器再次检测氧气含量，保证催化转化的效果。
三元催化器的工作过程可以大致分为两个状态：暖机状态和稳定工作状态。
暖机状态下，催化器需要达到最佳的工作温度，才能正常发挥催化作用。
一般需要几分钟的时间，催化器达到工作温度后才能开始转化反应。
而在稳定工作状态下，催化器会持续转化有害物质，保持汽车尾气的净化效果。
催化器的工作效果与催化剂活性、氧气含量、温度和气体流速等因素有关。
催化剂活性决定了催化转化的速率，氧气含量过高或过低都会影响转化效果，而温度过低或过高也会降低催化器的活性。
因此，催化器需要配合控制系统进行适当的调节，以保证催化器的性能和工作效果。
在实际使用中，三元催化器也存在一些问题。
例如，高含铅汽油会降低催化剂的活性；硫和磷等物质会中毒催化剂；车辆长时间低速行驶会导致催化器无法达到有效工作温度等。
三效催化剂机理研究
综述专论引言汽车工业的发展在推动经济繁荣的同时也造成了严重的环境污染。
汽车排放的污染物包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、硫化物、颗粒（铅化合物、黑碳、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛）等，其中CO、HC、NOx是造成环境污染的三种主要气态污染物，对人体的危害极大，在增加大气污染的同时，也破坏了生态平衡。
更重要的是，这些污染物在一定条件下会生成二次污染物——光化学烟雾，从而对环境造成更大的危害，因此，许多城市将控制机动车尾气作为改善空气质量的重要措施[1]。
而在众多的尾气排放控制手段中，催化净化已经成为控制汽油车尾气污染的重要手段之一[2]。
1.三效催化剂的结构与组成汽车尾气催化剂主要有两种类型：蜂窝型和颗粒型。
但是，由于颗粒型催化剂单位体积的重量为蜂窝型的23倍，且有加热时间长，易磨损等缺点，因此自80年代起，颗粒型催化剂逐渐为蜂窝型催化剂所取代。
汽车尾气催化剂从70年代中期在美国开发并使用三效催化剂机理及技术进展以来，按其特点可以分为以下几个阶段：（1）Pt，Pd氧化型催化剂为第一代产品，主要控制CO和HC的排放，70年代在美国曾得到广泛的应用。
（2）还原氧化双段催化剂为第二代产品，应用于80年代。
在催化剂的还原段，NOx被还原为NH 3，但是经过氧化段又被复原，所以它并未得到实质性的使用。
（3）三元催化剂为第三代产品，主要控制尾气排放中的CO、HC及NOx，其主要活性成分为Pt、Rh、Pd 等贵金属。
（4）单钯催化剂为第四代产品，虽然可耐更高的温度，但对空燃比和燃油的要求也更高，因此未得到工业应用。
现今最为常见的汽车尾气催化剂又被称为三效催化剂或三元催化剂(Three-Way Catalyst，简称TWC)，这是因为它能同时净化汽车尾气中的三种有害成分的缘故。
三效催化剂主要由四部分组成：载体、氧化铝涂层、活性组分和助剂。
1.1载体载体是担载主催化剂和助催化剂组分的组分[3]，从汽车尾气排放标准要求及催化技术发展来看，载体形式主要有颗粒状和整装两类。
汽油机三元催化转换器的原理
汽油机三元催化转换器的原理作者：刘金良来源：《中国科技博览》2014年第12期中图分类号：TK417+.4随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量的不断增加，汽车有害气体排放已逐渐成为城市大气污染的主要来源之一。
现在，我们来分析一下汽车尾气中的有害物质。
一、废气中的有害成分一氧化碳：一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。
一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。
氮氧化物：氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。
在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。
碳氢化合物：目前还不清楚它对人体健康的直接危害。
但当氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，会产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾，这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。
铅：铅是有毒的重金属元素，汽车用油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅，燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质。
城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。
尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活的环境产生深远影响。
尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。
在排放法规日益严格的今天，不安装汽车三元催化转化器（简称催化器）的汽油车已经无法满足法规的要求。
三元催化转化器安装在汽车排气系统中的机外净化装置，可将有害气体一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物通过氧化和还原作用转变为二氧化碳、水和氮气。
三元催化转化器是汽车尾气排放控制的核心部件，二、三元催化转化器的结构和工作原理三元催化转化器一般由壳体、减振层、载体和催化剂涂层四部分组成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、催化转化器工作特性
a) 空燃比特性
b) 起燃特性
c) 空速特性 d) 流动特性 e) 耐久特性
a) 空燃比特性
转化效率随空燃比（或过量空气系数）的变化关系称为空燃比特性， 空燃比特性反应了催化剂的工作窗口，三种污染物转化效率都大于 80%的窗口很小（浓：CO、HC转化率↓，稀：NOx转化效率↓）
汽油机三效催化转化器
武汉理工大学 汽车工程学院 颜伏伍
汽油机三效催化转化器
1. 催化反应机理 2. 催化转化器构造 3. 催化转化器工作特性
1、催化反应机理
HC
H 2O CO2 N2
CO
NOx
ห้องสมุดไป่ตู้
CO HC NOx CO2 H2O N2
TWY
氧化还原反应，催化剂不参加反应，降低反应物的活化能，加速反应进程
厚0.1mm
2、催化转化器构造
载体表面需要涂覆γ -Al2O3活性涂层， 以增加比表面积 催化剂以以铂、铑、钯等贵金属为基 本成分，其活性强、耐高温，每升催 化剂用量1g左右 助催化剂如稀土元素镧、铈、锆等主 要用于吸附储存氧、防止氧化铝烧结、 提高催化剂活性等作用
1、堇青石陶瓷蜂窝载体 2、γ -Al2O3活性涂层 3、催化剂活性物质
统热容量、绝热程度及流动传热传质过程相关
降低催化转化系统的起燃温度对于改善排放至关重要：优化配方与 工艺、紧耦合催化器、电解热催化器、HC低温吸附器等措施
c) 空速特性
催化剂的空速SV指的是单位催化剂体积的被催化气体体积流量 SV表示了反应气体在催化剂中的停留时间，SV越大，停留时间 越短，会使转化效率降低 较小体积的催化剂实现较高的转化效率可以降低成本，这就要 求催化剂的空速特性好 一般催化剂与发动机的排量之比为0.5-1.0
d) 流动特性
催化转化器增加了发动机的阻力，增加的排气被压，对动力性、经 济性由影响 流动阻力特性：蜂窝小孔的阻力，阻力太大——动力性受影响，
阻力太小——排放转化效果变差，解决途径孔壁越薄越好；减小
孔道长度，采用短粗的催化剂有利于减小阻力，但有时结构受限 催化器横截面流速分布不均匀，会增加流动阻力，还会导致催化剂 利用不好、效率下降、老化加速，需要合理设计壳体
2、催化转化器构造
催化转化器由载体与催化剂、 减震密封垫和外壳三部分组 成 外壳有不锈钢冲压焊接成型 减震密封垫具有减震、密封、 隔热等作用 载体陶瓷蜂窝载体或金属蜂 窝载体 目前以堇青石陶瓷载体为主： 热膨胀系数小、抗热冲击性 强（1100℃以上），孔密度
cpsi可达600以上，孔间壁
现代汽油机采用氧传感器反馈控制，使φ a=1小幅波动
提高催化剂的储氧能力，扩大窗口是催化剂的方向
b) 起燃特性
转化器转化效率与温度密切相关，催化剂只有达到一定温度才开始 工作，称为起燃，转化效率η =0.5所对应的温度称为起燃温度 催化剂的起燃温度主要取决于其配方和工艺，与排气流量、转化系
e) 耐久特性
长期使用后劣化和失活，车用催化剂要求8-10万公里后，效率下降 不大于20% 老化原因：热力因素和化学因素（燃油中的硫、铅，润滑油中的磷 铅锌）为主，机械破坏不严重，另外是沉积物覆盖 当排气温度大于850℃，贵金属、稀土氧化物等可能发生烧结，比 表面积缩小，活性下降；点火系统如出现故障，可能导致催化剂严 重热失活