第4章 汽油机后处理净化技术
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第4章 汽油机机内净化技术
小尺寸的涡流和湍流，可大大改善混合气
燃烧过程。
第4章 汽油机机内净化技术
高压缩比燃烧系统 燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压 缩比，以获得较好的功率和油耗指标。 一味提高压缩比对排气净化不利。 电控点火系统的采用使精确控制点火定时成 为可能，为高压缩比点燃机在性能与排放方 面得到更好的折中可提供很大的潜力。
第4章 汽油机机内净化技术
EGR率对汽油机净化与性能的影响 废气再循环能有效地降低汽油发动机的 NOx 排放,但进行EGR时必须要考虑其对发动机动 力性、经济性的影响。通常将EGR率控制在 10%～20%范围内较合适。 冷却 EGR 技术 再循环废气经冷却器冷却后 再送入进气端，进一步降低 进气温度，更有利于降低NOx 排放，同时改善燃油经济性。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油喷射电控系统分类
分类方式
按喷油器数目分
主要类别
单点喷射（SPI） 多点喷射（MPI） 按喷射区域分 进气（管)道喷射 缸内喷射 连续喷射 按喷射方式分 间歇喷射 按进气量检测方法分 空气流量型 进气压力型
第4章 汽油机机内净化技术
典型汽油喷射电控系统
1） L－Jetronic系统
该发动机拥有两个化油器或两套进气 管喷射装置，所以可以分别提供不同 过量空气系数的混合气给主、副室的 进气系统。
第4章 汽油机机内净化技术
轴向分层燃烧系统
1-火花塞；2-气缸；3-活塞；4-导气屏进气门；5-喷油器
燃料在涡流作用下，沿气缸轴向产生上浓下 稀的分层。
第4章 汽油机机内净化技术
滚流（纵涡）分层稀燃系统 在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方 向旋转的有组织的空气旋流，称为滚流， 也称为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程 中逐渐被压扁，在上止点附近破碎成许多
汽油机后处理净化技术
第二节 三效催化转化技术
2 我国汽车排放标准
１. 我国汽车排放标准的建立和完善 我国从1981年开始制定标准，于1983年首次发布了国 家汽车排放标准GB3842 ~3847—1983，并于1984年4月1日 起执行。标准的排放物限值见表2-18~ 表2-20，GB3845 ~3847为一、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。
2020/3/4
第二节 三效催化转化技术
2020/3/4
第二节 三效催化转化技术
２. 与国际接轨的现行国家排放标准 国家技术监督局曾于1999年3月10日颁布了4项国家汽车排 放标准。分别是«汽车排放污染物限值及测试方法»(GB14761— 1999)、«压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排放污染物 排放限值及测试方法»(GB1769１—1999)、«压燃式发动机和装 用燃式发动机的车辆排气可见污染物排放限值及测试方法 »(GB3847—1999)、«汽车用发动机净功率测试验方法»(ＧＢ/ Ｔ 17692—1999)。
第第节一二节汽车三污效染催源化及转主化要技污术染物
1 汽车大气污染源 汽车的有害气体主要通过汽车尾气排放,曲轴箱
窜气和汽油蒸汽3个途径进入大气中,造成对大气的 污染。
2 第汽车二主节要污三染效物催化转化技术
直接由汽车排放的污染物以及与交通源相关的主 要污染物有:一氧化碳、碳氢化合物(包括苯、苯并芘 等)、氮氧化物(ＮＯ、NO2等)、炭烟(主要是2.5μｍ 以下的细微颗粒物及其上附着的高分子碳氢化合物和 二氧化硫等)、二氧化硫、二氧化碳、醛类等。
汽油机后处理净化技术概要 PPT
第6章 汽油机后处理净化技术
空速特性
空速(SV)：
SV=qv / Vcat
Vcat=(0.5~1)Vst
空速的大小表示了反应气体在催化剂中的停
留时间(tr)： tr =ε/sV
贵金属用量mpm：mpm =(1.0~2.0) Vcat
我们来了 解空速特
性！
第6章 汽油机后处理净化技术
流动特性
对扩张管的形状、结构进行优化设计是改善催化 转化器流动均匀性的一种有效方法。
排气系统如何匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
催化器与燃料及润滑油的匹配 催化器与燃料及润滑油的匹配
选用抗中毒劣化性好的催化剂。
催化器与排放法规之间也应有合理的对应关系
催化器性能越好，贵金属含量越高，成 本越高，应更注重催化器性能恰好满足 当时排放法规。
第6章 汽油机后处理净化技术
6.3 稀燃催化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
后处理净化技术
排气系统
在尽量不影响发动 机性能的同时，在 排气系统中安装各 种净化装置，利用 净化装置在排气系 统中对废气进行处 理来降低最终向大 气环境排放的污染 物。
最多的废气后处理净化技术。
一般采用蜂窝结构载体，蜂窝 表面有涂层和活性组分，与废 气的接触表面积大，当发动机 的空燃比在理论空燃比附近时， 催化剂可将90%的碳氢化合物 和一氧化碳及70%的氮氧化物 同时净化。
催化反应过程
第6章 汽油机后处理净化技术
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。
三效催化剂上发生 化学吸附的一般吸
附方程式：
A为吸附质分子（CO、HC或NOX） s为活性中心（或催化中心） A(s)为在吸附表面上形成的表面络合物 H(s)和O(s)分别为氢原子和氧原子吸附在活性中心形成的表面络合物
空速特性
空速(SV)：
SV=qv / Vcat
Vcat=(0.5~1)Vst
空速的大小表示了反应气体在催化剂中的停
留时间(tr)： tr =ε/sV
贵金属用量mpm：mpm =(1.0~2.0) Vcat
我们来了 解空速特
性！
第6章 汽油机后处理净化技术
流动特性
对扩张管的形状、结构进行优化设计是改善催化 转化器流动均匀性的一种有效方法。
排气系统如何匹配
第6章 汽油机后处理净化技术
催化器与燃料及润滑油的匹配 催化器与燃料及润滑油的匹配
选用抗中毒劣化性好的催化剂。
催化器与排放法规之间也应有合理的对应关系
催化器性能越好，贵金属含量越高，成 本越高，应更注重催化器性能恰好满足 当时排放法规。
第6章 汽油机后处理净化技术
6.3 稀燃催化技术
第6章 汽油机后处理净化技术
后处理净化技术
排气系统
在尽量不影响发动 机性能的同时，在 排气系统中安装各 种净化装置，利用 净化装置在排气系 统中对废气进行处 理来降低最终向大 气环境排放的污染 物。
最多的废气后处理净化技术。
一般采用蜂窝结构载体，蜂窝 表面有涂层和活性组分，与废 气的接触表面积大，当发动机 的空燃比在理论空燃比附近时， 催化剂可将90%的碳氢化合物 和一氧化碳及70%的氮氧化物 同时净化。
催化反应过程
第6章 汽油机后处理净化技术
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。
三效催化剂上发生 化学吸附的一般吸
附方程式：
A为吸附质分子（CO、HC或NOX） s为活性中心（或催化中心） A(s)为在吸附表面上形成的表面络合物 H(s)和O(s)分别为氢原子和氧原子吸附在活性中心形成的表面络合物
汽油机后处理净化技术
贵金属Pt,Rh,Pd
载体与催化剂
氧化铝
载体
助催化剂 催化剂涂层
4.2.3 催化反应机理
1. 氧化反应：
CO O2 CO2 H 2 O2 H 2O HC O2 CO2 H 2O
2.还原反应：
CO NO CO2 N 2
HC NO CO2 N2
H 2 NO H 2O N 2
催化剂涂覆示 意图
三效催化转化器的基本结构
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4.2.2 催化剂的种类
1. 铑（Rh）： 铑是三效催化剂中控制氮氧化物的主 要成分，这种高活性与其能有效地分解NO分子有关。 在催化转化器中，铑的典型用量是0.18~0.3g。
2. 铂 （Pt）：铂在三效催化剂中的主要作用是转化一 氧化碳和碳氢化合物。铂在三效催化剂中的典型用量 为1.5~2.5g。
概述
三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技术
三效催化转化器一般采用蜂 窝结构载体，蜂窝表面有涂层和 活性组分，与废气的接触表面积 大，当发动机的空燃比在理论空 燃比附近时，催化剂可将90%的 碳氢化合物和一氧化碳及70%的 氮氧化物同时净化。对我们的环 境保护起到了关键作用。三效催 化转化器发展最快。
三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 和氮氧化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
三元催化器的位置
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和 HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而 CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 （14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
汽油机后处理净化技术之
课程小结课程名称：汽车排放及控制技术学生姓名：陈圆磊学号：1221402014 专业：车辆工程_______________ 所在学院：龙蟠学院_______________2013 年 12 月 15 日汽油机后处理净化技术之———三效催化转化技术本课程小结内容：本人主要根据现有教材并通过校内网络资源查得的文献，介绍了现代汽车排放及控制技术众多技术之一的汽油机后处理净化技术，用于汽油机后处理净化装置众多之一的三效催化转化器技术。
着重介绍：1、改善汽油机后处理净化技术的意义；2、三效催化转化（器）技术的应用及其实际价值，3、三效催化转化器基本结构和工作原理。
1、改善机内净化技术的意义近些年来，随着世界经济的发展中心正呈现出多极化的趋势————中国已逐渐成为对于世界经济发展不可小觑的力量。
比如在汽车制造业，连续数年中国的汽车销量在世界位居群首，然而随之带来的环境污染问题也成为我国政府要重视和加强管理的问题，比如今年全国各地区都出现了不同程度的雾霾天气，也是迄今50多年来出现的最严重和持续时间最长的污染，给人们的正常工作、生活、出行带来了极大不便。
导致这种现象的主要原因是空气中含有大量颗粒物和其他排放物质。
其中汽车排放的污染物比重最大。
因此改善汽车排放对于国家生产发展、安定，国民健康与安全有重大意义。
众所周知，机内净化技术是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，且给汽车的动力性和经济性带来不同程度的不利影响。
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它性能的同时，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。
2、三效催化转化技术的应用和实际价值三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技术。
汽车排放及控制技术第四章 汽油机机内净化技术
一、典型汽油喷射电控系统
电控汽油喷射系统 ，简称为ＥＦＩ。
(１) 废气排放指标比化油器汽油机好得多。
特点 (２) 每缸采用单独喷油器供油，可提高各缸空燃比的均匀性和喷油 量的精确性。 (３) 起动时仍能保持良好的雾化特性，起动性能良好，且起动时Ｈ
Ｃ 排放量少。
(４) 进气系统的阻力损失减少，充气效率高。 (１)按喷油器数目分:单点喷射(ＳＰＩ)、多点喷射(ＭＰＩ)。 类型
(２)按喷射区域分:进气(管)道喷射、缸内喷射。
(３)按喷射方式分:连续喷射、间歇喷射。 (４)按进气量检测方法来分:空气流量型和进气压力型。
一、典型汽油喷射电控系统
典型汽油喷射电控系统
特点： 电控单元以由节气门开度决定 的吸入空气量为控制喷油量的 基础，以空气流量计和转速传 感器检测到的空气流量和发动 机转速为确定基本喷油量的依 据，采用分组喷射方式，曲轴 每转一周各组喷射一次。
(４)选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室，缩短燃烧室狭缝长度，
适当提高燃烧室壁温，以削弱缝隙和壁面对火焰传播的阻挡与淬熄 作用，可以降低ＨＣ和ＣＯ 的排放量。
(５)采用废气再循环技术。
(６)采用增压技术，如废气涡轮增压，对提高汽油机功率和改善其 燃油经济性及排放都有 积极意义。 (７)采用可变气门正时技术。
它是在L-jetronic系统的基础上，用一个控制单元将最重要的喷油量控制 和点火控制集中在一起，加上其他控制内容，形成一个集中电控系统，即电
控发动机管理系统(ＥＭＳ)。
特点： 整个系统除喷油和点火两个基本子系统外，可根据控制项目扩展的 需要而设置其他控制装置，在一个电控单元上实现多参数、多目标的程 序控制，具有很好的灵活性和适应性。 电控单元根据不同的控制内容，按所存储的由发动机台架试验得到 的有关三维脉谱图确定基本控制量，简化了控制程序，提高了控制精度。 系统具有故障自诊断、安全保护功能及应急状态控制功能。 在使用三效催化转化器时，系统具有用氧传感器进行空燃比反馈控
汽油机后处理净化技术
汽车排放与控制技术
第4章 汽油机后处理净化技术
4.1 概述 4.2 三效催化转化器 4.3 热反应器与空气喷射 4.4 稀薄燃烧汽油机尾气净化技术
太原理工大学车辆工程系
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
1
4.1
概述
汽车排放与控制技术
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太原理工大学机械工程学院车辆工程系
2
汽车排放与控制技术
机内净化技术
以改善发动机燃烧过程为主，对降低排气 污染起到很大作用，但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 各国都先后开发太原废理气工大后学车处辆工理程净系 化技术。
7
汽车排放与控制技术
三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 太原理工大学车和辆工氮程氧系 化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
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8
三元催化器的位置
汽车排放与控制技术
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和 HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而 CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 （14.7）附近时，氧化太-还原理原工反大学应车达辆工到程平系 衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
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4.1 概述 4.2 三效催化转化器 4.3 热反应器与空气喷射 4.4 稀薄燃烧汽油机尾气净化技术
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4.1
概述
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汽车排放与控制技术
机内净化技术
以改善发动机燃烧过程为主，对降低排气 污染起到很大作用，但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 各国都先后开发太原废理气工大后学车处辆工理程净系 化技术。
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汽车排放与控制技术
三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 太原理工大学车和辆工氮程氧系 化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
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三元催化器的位置
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催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和 HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而 CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 （14.7）附近时，氧化太-还原理原工反大学应车达辆工到程平系 衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
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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。
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第二节 三效催化转化技术
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第二节 三效催化转化技术
２. 与国际接轨的现行国家排放标准 国家技术监督局曾于1999年3月10日颁布了4项国家汽车排 放标准。分别是«汽车排放污染物限值及测试方法»(GB14761— 1999)、«压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排放污染物 排放限值及测试方法»(GB1769１—1999)、«压燃式发动机和装 用燃式发动机的车辆排气可见污染物排放限值及测试方法 »(GB3847—1999)、«汽车用发动机净功率测试验方法»(ＧＢ/ Ｔ 17692—1999)。
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第二节 三效催化转化技术
NO是无色无味气体，稍溶于水，只有轻度刺激 性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍， NO可被氧化成NO2 。
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4 第光二化节学烟三雾效催化转化技术
光 化 学 烟 雾 是 汽 车 排 放 到 大 气 中 的 HC 和 NOX在太阳光能(作用下进行光化学反应生成臭氧、 醛类和过氧化酰基硝酸盐等形成的一种浅蓝色烟雾 ，它是一种强刺激性有害气体的二次污染物， 这 种污染事件最早出现在美国洛杉矶，所以又称洛杉 矶光化学烟雾。
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25
汽车排放与控制技术
蜂窝载体也可以用金属薄板制成。对于金属载体， 通常采用刻蚀和氧化方法，在金属表面形成一层氧 化物，在这种金属氧化物表面上可进一步浸渍具有 催化活性的物质。金属载体还可以加工成网状，并 通过表面氧化处理和催化活性处理，可以得到较高 的催化活性表面，并进一步加工成各种尺寸大小的 丝网，装入催化转化器中。金属丝载体的优点是容 易做成各种形状，并且具有优异的抗冲击弹性，起 燃温度低、起燃速度快。比表面积大、传热快和使 用寿命长，可适应汽车冷启动排放的要求，并可采 太原理工大学车辆工程系 用电加热。但造价高。
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24
汽车排放与控制技术
常见载体外形有圆形、椭圆形、三角形和跑道形 等。为了获得较小的流动阻力和较大的几何表面 积，蜂窝载体应向多孔薄壁方向发展，陶瓷蜂窝 载体的孔隙度（单位面积上所开孔的数目）和孔 与孔之间的壁厚是两个重要的参数，对催化剂的 影响很大。为了降低压降、提高传热性能和增大 几何面积，载体采用的孔隙度已从早期的47孔 /cm2到62孔/cm2再到93孔/cm2，孔壁厚也由 0.3mm到0.15mm再到0.1mm。因此在不增加催 化转化器体积的情况下使单位体积的几何表面积 太原理工大学车辆工程系 2 由2.2m /L增加到2.8m2/L再到3.4m2/L，从而大 大提高了净化率。
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第4章 汽油机后处理净化技术 4.1 4.2 4.3 4.4 概述 三效催化转化器 热反应器与空气喷射 稀薄燃烧汽油机尾气净化技术
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太原理工大学机械工程学院车辆工ຫໍສະໝຸດ 系1汽车排放与控制技术
4.1
概
述
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汽车排放与控制技术
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21
汽车排放与控制技术
催化器使用中，金属外壳的热膨胀系数很大，而陶 瓷载体的热膨胀系数很小，要靠衬垫的膨胀和弹性加以
太原理工大学车辆工程系 缓冲，保证载体不会松动。垫片是催化转化器中保护载
体不受损坏的部分。
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汽车排放与控制技术
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催化剂涂覆示 意图
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三效催化转化器的基本结构
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4.2.2 催化剂的种类
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三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技术
目前，电子控制汽油喷射加三效催化转化器已 成为国内外汽油车排放控制技术的主流。
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H 2O CO2 HC CO NOx N2
CO HC NOx CO2 H2O N2
1. 铑（Rh）： 铑是三效催化剂中控制氮氧化物的主 要成分，这种高活性与其能有效地分解NO分子有关。 在催化转化器中，铑的典型用量是0.18~0.3g。
机内净化技术 以改善发动机燃烧过程为主，对降低排 气污染起到很大作用，但不同程度地给汽车 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 太原理工大学车辆工程系 各国都先后开发废气后处理净化技术。
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汽车排放与控制技术
壳体材料一般要选取不锈钢和耐热钢： 壳体的型腔要与载体尺寸相配， 过渡部分应合理引导
和分布气体的流动方向，体积较大的壳体在结构上要设 太原理工大学车辆工程系
加强筋以提高刚度。
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三元催化剂的外形种类：
按横截面分 1.圆形
2.球场形
3.椭圆形
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三元催化剂的外形种类：
按目数分： 400目、600目等
目数：每平方英 尺孔的数量
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三元催化转化器基本构造
壳体
垫片
三元催化转化器 主要由壳体、垫片 和涂敷催化剂的载 体构成
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涂敷催化剂的载体
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汽车排放与控制技术
1.壳体
催化转化器壳体是催化转化器系统的支撑体。壳体通常 由奥氏体或铁素体镍镉耐热不锈钢板材做成双层结构， 以防氧化皮脱落造成催化剂的堵塞。催化转化器的壳体 作成双层结构，用来保证催化剂的反应温度。 为了减少催化转化器对汽车底板的高温辐射，避免路面 积水飞溅对催化转化器的激冷损坏以及路面飞石造成的 撞击损坏，壳体外面还装有半周或全周的隔热罩。 壳体的形状设计，要求尽可能减少流经催化转化器气流 的涡流和气流分流现象，使废气尽可能均匀分布在载体 太原理工大学车辆工程系 的端面上，使附着在载体上的活性涂层可能承担相同的 废气注入量，让所有的活性涂层都能对废气产生加速反 应的作用，以提高催化转化器的转换效率和使用寿命。
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催化剂包括载体、涂层和活性组分。
蜂窝状整体式载体：排气阻力小、机械强度大、热稳定性好 和耐冲击。其基质有两大类，陶瓷和金属。 蜂窝陶瓷载体：本身比表面积很小，常在其壁上涂覆一层多孔性 物质，以提高载体的比表面积。 蜂窝金属载体：涂底层的方法并不适用，通常采用刻蚀和氧化的 方法在金属表面形成一层氧化物，在此氧化物表面上浸渍具有催 化活性的物质。
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4. 涂层
涂层是在载体的表面涂的一层多 孔的活性水洗层，如图所示。涂 层主要由γ-AL2O3构成，具有较 大的比面积（>200m2/g）。它粗 糙多孔的表面可使载体壁面的实 际催化反应表面积大大增加。
涂层表面分散着作为催化活性材料的贵金属，一般为 铂（Pt）、铑（Rh）和钯（Pd），以及铈（Ce）、 钡（Ba）和镧（La）等稀土元素作为助催化剂。催 太原理工大学车辆工程系 化剂的活性及耐久性除与涂层的成分有关外，也与涂 层的制备工艺密切相关。
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催化转化器的结构（圆形）
减振密封垫 外壳
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载体与催化剂
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专门对发动机排气进行后处理的方法是将净化装臵 串接在发动机的排气系统中，在废气排入大气前， 利用净化装臵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 用后处理装臵较多。这些装臵主要有三元催化转化 器、热反应器和空气喷射器等。目前，在发达国家 生产的汽油车几乎都装备了三效催化转化器，并已 有二十多年的商业化应用历史。随着我国经济的高 速发展，城市机动车辆日益增多，其废气已严重污 染了大气环境，对三效催化转化器的需求将更为迫 切。
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三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 太原理工大学车辆工程系 和氮氧化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
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三元催化器的位置
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO 和HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2）， 而CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 太原理工大学车辆工程系 （14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
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载体主要有颗粒状载体、金属载体、陶瓷蜂窝状载 体三类。 颗粒状载体存在磨损快、阻力大的特点，在汽车催 化器中已不采用。据统计，目前世界上车用催化器 载体的90%是蜂窝整体式陶瓷载体，这种载体是用 堇青石挤压而成的。 堇青石是一种铝镁硅酸盐，其化学组成为 2AL2O3· 2MgO· 5SiO2，熔点在1450℃左右，在 1300℃左右仍能保持足够的弹性，以防止在发动 机正常运转时发生永久变形。堇青石具有热膨胀系 太原理工大学车辆工程系 数低、抗热冲击性在快速加热或冷却时抵抗破裂的 能力好、良好的热稳定性，因而适合汽车排气冷热 骤变的环境。
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蜂窝载体也可以用金属薄板制成。对于金属载体， 通常采用刻蚀和氧化方法，在金属表面形成一层氧 化物，在这种金属氧化物表面上可进一步浸渍具有 催化活性的物质。金属载体还可以加工成网状，并 通过表面氧化处理和催化活性处理，可以得到较高 的催化活性表面，并进一步加工成各种尺寸大小的 丝网，装入催化转化器中。金属丝载体的优点是容 易做成各种形状，并且具有优异的抗冲击弹性，起 燃温度低、起燃速度快。比表面积大、传热快和使 用寿命长，可适应汽车冷启动排放的要求，并可采 太原理工大学车辆工程系 用电加热。但造价高。
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常见载体外形有圆形、椭圆形、三角形和跑道形 等。为了获得较小的流动阻力和较大的几何表面 积，蜂窝载体应向多孔薄壁方向发展，陶瓷蜂窝 载体的孔隙度（单位面积上所开孔的数目）和孔 与孔之间的壁厚是两个重要的参数，对催化剂的 影响很大。为了降低压降、提高传热性能和增大 几何面积，载体采用的孔隙度已从早期的47孔 /cm2到62孔/cm2再到93孔/cm2，孔壁厚也由 0.3mm到0.15mm再到0.1mm。因此在不增加催 化转化器体积的情况下使单位体积的几何表面积 太原理工大学车辆工程系 2 由2.2m /L增加到2.8m2/L再到3.4m2/L，从而大 大提高了净化率。
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第4章 汽油机后处理净化技术 4.1 4.2 4.3 4.4 概述 三效催化转化器 热反应器与空气喷射 稀薄燃烧汽油机尾气净化技术
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太原理工大学机械工程学院车辆工ຫໍສະໝຸດ 系1汽车排放与控制技术
4.1
概
述
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催化器使用中，金属外壳的热膨胀系数很大，而陶 瓷载体的热膨胀系数很小，要靠衬垫的膨胀和弹性加以
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体不受损坏的部分。
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催化剂涂覆示 意图
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三效催化转化器的基本结构
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4.2.2 催化剂的种类
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三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技术
目前，电子控制汽油喷射加三效催化转化器已 成为国内外汽油车排放控制技术的主流。
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H 2O CO2 HC CO NOx N2
CO HC NOx CO2 H2O N2
1. 铑（Rh）： 铑是三效催化剂中控制氮氧化物的主 要成分，这种高活性与其能有效地分解NO分子有关。 在催化转化器中，铑的典型用量是0.18~0.3g。
机内净化技术 以改善发动机燃烧过程为主，对降低排 气污染起到很大作用，但不同程度地给汽车 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 太原理工大学车辆工程系 各国都先后开发废气后处理净化技术。
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壳体材料一般要选取不锈钢和耐热钢： 壳体的型腔要与载体尺寸相配， 过渡部分应合理引导
和分布气体的流动方向，体积较大的壳体在结构上要设 太原理工大学车辆工程系
加强筋以提高刚度。
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三元催化剂的外形种类：
按横截面分 1.圆形
2.球场形
3.椭圆形
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三元催化剂的外形种类：
按目数分： 400目、600目等
目数：每平方英 尺孔的数量
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三元催化转化器基本构造
壳体
垫片
三元催化转化器 主要由壳体、垫片 和涂敷催化剂的载 体构成
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涂敷催化剂的载体
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1.壳体
催化转化器壳体是催化转化器系统的支撑体。壳体通常 由奥氏体或铁素体镍镉耐热不锈钢板材做成双层结构， 以防氧化皮脱落造成催化剂的堵塞。催化转化器的壳体 作成双层结构，用来保证催化剂的反应温度。 为了减少催化转化器对汽车底板的高温辐射，避免路面 积水飞溅对催化转化器的激冷损坏以及路面飞石造成的 撞击损坏，壳体外面还装有半周或全周的隔热罩。 壳体的形状设计，要求尽可能减少流经催化转化器气流 的涡流和气流分流现象，使废气尽可能均匀分布在载体 太原理工大学车辆工程系 的端面上，使附着在载体上的活性涂层可能承担相同的 废气注入量，让所有的活性涂层都能对废气产生加速反 应的作用，以提高催化转化器的转换效率和使用寿命。
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4. 涂层
涂层是在载体的表面涂的一层多 孔的活性水洗层，如图所示。涂 层主要由γ-AL2O3构成，具有较 大的比面积（>200m2/g）。它粗 糙多孔的表面可使载体壁面的实 际催化反应表面积大大增加。
涂层表面分散着作为催化活性材料的贵金属，一般为 铂（Pt）、铑（Rh）和钯（Pd），以及铈（Ce）、 钡（Ba）和镧（La）等稀土元素作为助催化剂。催 太原理工大学车辆工程系 化剂的活性及耐久性除与涂层的成分有关外，也与涂 层的制备工艺密切相关。
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三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 太原理工大学车辆工程系 和氮氧化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
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三元催化器的位置
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO 和HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2）， 而CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 太原理工大学车辆工程系 （14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
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载体主要有颗粒状载体、金属载体、陶瓷蜂窝状载 体三类。 颗粒状载体存在磨损快、阻力大的特点，在汽车催 化器中已不采用。据统计，目前世界上车用催化器 载体的90%是蜂窝整体式陶瓷载体，这种载体是用 堇青石挤压而成的。 堇青石是一种铝镁硅酸盐，其化学组成为 2AL2O3· 2MgO· 5SiO2，熔点在1450℃左右，在 1300℃左右仍能保持足够的弹性，以防止在发动 机正常运转时发生永久变形。堇青石具有热膨胀系 太原理工大学车辆工程系 数低、抗热冲击性在快速加热或冷却时抵抗破裂的 能力好、良好的热稳定性，因而适合汽车排气冷热 骤变的环境。