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第4章 车用汽油机机内净化本章主要内容：介绍了汽油机机内净化技术，包括汽油喷射电控系统及其对排放的影响、典型低排放燃烧系统及其对排放的影响、废气再循环系统的工作原理及其对发动机性能的影响以及其它机内净化技术。
4.1 概述所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
简单说就是降低污染物生成量的技术，如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。
机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。
4.1.1 汽油机的燃烧过程按燃烧过程的物理—化学状态，将燃烧过程分为三个阶段：着火延迟期、明显燃烧期和补燃期。
汽油机燃烧过程的展开示功图如图4-1所示。
汽油和空气按一定的比例组成的混合气，进入气缸后被压缩受热。
火花塞跳火放电时，两极电压在15000V 以上，电火花能量40～80mJ ，局部温度达2000℃，致使电极周围的预混合气热反应加速，当反应生成的热积累使反应区温度急剧升高而使火花塞电极附近的混合气着火时，即形成火焰中心。
从电火花跳火到形成火焰中心阶段称为着火延迟期，如图4-1中的1～2点。
这是燃烧的第I 阶段。
燃烧第Ⅱ阶段是指火焰由火焰中心传播至整个燃烧室，约90%的燃料被烧掉。
如图4-1中的2～3点，被称为明显燃烧期。
在均质预混合气中，火焰核心形成后，即以此为中心，由极薄的火焰层（即火焰前锋）开始向四周未燃混合气传播，直到火焰前锋扫过整个燃烧室。
这一期间的燃烧是急剧的，燃烧室的温度和压力急剧上升，通常将缸内压力达到最大值时作为急燃期的终点。
在此阶段中压力升高率和最高燃烧压力到达时刻是两个重要指标，会对发动机动力性、经济性和排放产生重大影响。
从到达最高燃烧压力点3至燃料基本完全烧完为止称为补燃期，即燃烧的第Ⅲ阶段。
此时混合气燃烧速度已开始降低，加上活塞向下止点运动，缸内压力开始下降。
汽油机机内净化技术秦海华机内净化就是指从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进汽油机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
1、大力推广汽油喷射电控系统汽油喷射电控系统就是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经过微机判断和计算，来控制发动机在不同的工况下的喷油时刻、喷油量、点火提前角等，使发动机在不同工况下都能获得合适空燃比的混合气，提高燃油的燃烧效率，从而达到降低汽油机污染物排放的目的。
（1）典型汽油喷射电控系统电控汽油喷射系统的特点：①采用电控汽油喷射，用微机来控制每循环的喷油量和喷油时刻，可以按各种工况的要求对燃油量进行校正，其废气排放指标比化油器汽油机好得多。
②在电控多点喷射系统中，每缸采用单独喷油器供油。
这样，可提高各缸空燃比的均匀性和喷油量的精确性。
③燃油雾化特性是由喷油器的特性决定的，与汽油机的转速无关。
因此，启动时仍能保持良好的雾化特性，起动性能良好，且起动时HC排放量少。
④进气系统中没有化油器喉管的节流作用，减少了进气系统的阻力损失，充气效率高。
典型汽油喷射电控系统①L-Jetronic系统；②Motronic系统（2）喷油控制喷油时刻的控制方式：同时喷射、分组喷射、顺序喷射喷油量的控制：喷油量的控制亦即喷油持续时间的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合各工况的需要。
方式：起动喷油控制、运转喷油控制、断油控制（超速断油控制、减速断油控制）、反馈控制喷油控制对排放的影响①氧传感器及三效催化转化器闭环控制汽油机的空燃比接近理论空燃比时，三效催化器的转化效率最高，这是通过氧传感器闭环控制来实现的。
其净化机理是当催化转化器达到起燃温度后，有害气体通过三效催化器时，在贵重金属催化剂作用下，发生氧化还原反应，转化为无害气体。
②冷起动及暖机阶段排放控制冷起动时，发动机不是工作组化学计量比附近，且催化剂处于低温状态，远未达到起燃温度（250-300℃），这就使HC排放很高。
汽油机改装货车的空气过滤与净化技术随着交通运输业发展迅速，货车数量不断增加，排放的废气也成为了环境污染的一个重要来源。
为了减少货车尾气对环境的影响，提高空气质量，汽油机改装货车的空气过滤与净化技术变得尤为重要。
本文将重点介绍汽油机改装货车的空气过滤与净化技术及其优势。
首先，我们需要了解汽油机改装货车的空气过滤器的意义和作用。
空气过滤器是一项重要的技术装备，其主要作用是过滤空气中的尘埃、颗粒物和有害物质，防止它们进入汽油机燃烧室，降低发动机的磨损和故障率。
车辆的空气过滤器在行驶过程中能有效阻挡尘土、杂质、花粉等，从而减少空气污染的程度。
改装后的空气过滤器能更好地提高货车的空气质量，降低废气排放对环境的影响。
为了实现更好的空气过滤和净化效果，改装的空气过滤器可以采用更高效的过滤材料，如活性炭、HEPA滤网等。
活性炭可以吸附空气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物和臭气，从而提高空气质量。
HEPA滤网则能高效地过滤空气中的微小颗粒物，如PM2.5，减少对人体和环境的危害。
通过使用这些高效的过滤材料，汽油机改装货车的空气过滤器可以有效地净化空气，提高车内空气质量。
除了改进空气过滤器，汽油机改装货车还可以采用其他的空气净化技术，如电离空气净化技术和臭氧净化技术。
电离空气净化技术通过产生负离子来清洁空气，负离子可以与空气中的灰尘、细菌和病毒结合，使其沉积下来，从而达到净化空气的目的。
臭氧净化技术则是利用臭氧气体的强氧化能力，可以分解和去除空气中的有害气体和异味。
这些额外的空气净化技术可以与改装后的空气过滤器相结合，进一步提高货车的空气净化效果，保护驾驶员和行人的健康。
此外，为了进一步提高货车的空气质量，我们还可以采用定期更换空气过滤器的方式。
空气过滤器的效果会随着使用时间的增长而逐渐降低，所以定期更换空气过滤器可以保证其过滤效果的稳定性。
根据使用情况，建议更换空气过滤器的时间间隔为6个月至1年。
定期更换空气过滤器可以有效地保持货车的空气质量，减少废气对环境的影响。
浅谈汽油机污染物排放及净化措施论文导读：随着汽车数量的持续增长，我国汽车污染物排放总量持续攀升，这对我国的空气环境质量带来很大的影响，如何让人们即享受到经济发展后的交通便利，又能有效地降低汽车污染物排放对环境的危害，越来越成为摆在各级环境保护工作者面前的严峻问题。
汽油机尾气成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(B8P)等。
关键词：汽油机，污染物排放，净化措施进入21世纪以来，中国汽车需求量和保有量呈现加速增长的趋势，而且随着国民经济的快速发展、居民收入的提高、汽车价格的下降和消费环境的改善，中国汽车市场规模将继续扩大。
随着汽车数量的持续增长，我国汽车污染物排放总量持续攀升，这对我国的空气环境质量带来很大的影响，如何让人们即享受到经济发展后的交通便利，又能有效地降低汽车污染物排放对环境的危害，越来越成为摆在各级环境保护工作者面前的严峻问题。
一、汽油机排放污染物的来源、危害和生成机理汽油机尾气成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(B8P)等。
1. 汽油机排放污染物的来源汽油机排放污染物的来源有三个方面。
一是排气污染，是由排气管中排出的废气引起的，废气中含有CO、HC、NOx、铅化物、硫化物等污染物；二是窜缸混合气，它是从活塞环与气缸的间隙漏入曲轴箱，再由曲轴箱通风管排出的未燃烧的燃料混合物，主要成分是HC；三是汽油蒸发，从汽油箱、浮子室、油管接头挥发的汽油蒸发后进入大气，主要成分也是HC。
2. 汽油机排放污染物的危害CO是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，它与人体血液中的血红素有很强的亲和力，使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。
当环境中CO的浓度超过100 ppm(100×10-6)时，人体就会产生头晕、乏力等不适感；随着CO浓度的增加，会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状；当CO浓度超过600 ppm时，短期内会引起窒息死亡。
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。
当发动机工作时，废气经排气管进入
催化器，其中氮氧化物与废气中的一氧化碳、氢气
等还原性气体在催化作用下分解成氮气和氧气；而
碳氢化合物和一氧化碳在催化作用下充分氧化，生
成二氧化碳和水蒸气。
三效催化转化器的载体一般
采用蜂窝结构，蜂窝表面有涂层和活性组分，与废
气的接触表面积非常大，所以其净化效率高，当发动机的空燃比在理论空燃比附近时，三效催化剂可将90%的碳氢化合物和一氧化碳及70%的氮氧化物
同时净化，因此这种催化器被称为三效催化转化器。
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。
3、三效催化转化器基本结构和工作原理
三效催化转化器的基本结构如图6-1所示，它由壳体、垫层和催化剂组成。
其中，催化剂包括载体、涂层和活性组分，将在后面的章节中详细介绍。
下面主要介绍三效催化转化器的壳体和垫层部分。
3.1. 壳体
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。
目前用得最多的壳体材料是含铬、镍等金属的不锈钢，这种材料具有热膨胀系数小、耐腐蚀性强等特点，适用于催化转化器恶劣的工作环境。
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离现象，防止气流阻力的增大；要特别注意进气端形状设计，保证进气流的均匀性，使废气尽可能均匀分布在载体的端面上，使附着在载体上的活性涂层尽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化效率和使用寿命。
三效催化转化器壳体通常做成双层结构，并用奥氏体或铁素体镍铬耐热不锈钢板制造，以防因氧化皮脱落造成催化剂的堵塞。
壳体的内外壁之间填有隔热材料。
这种隔热设计防止发动机全负荷运行时由于热辐射使催化器外表面温度过高，并加速发动机冷起动时催化剂的起燃。
为减少催化器对汽车底板的热辐射，防止进入加油站时因催化器炽热的表面引起火灾，避免路面积水飞溅对催化器的激冷损坏以及路面飞石造成的撞击损坏，在催化器壳体外面还设有半周或全周的
图6-1 催化转化器的基本构造
1-壳体；2-垫层；3-催化剂
防护隔热罩。
3.2. 垫层
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。
垫层具有特殊的热膨胀性能，可以避免载体在壳体内部发生窜动而导致载体破碎。
另外，为了减小载体内部的温度梯度，以减小载体承受的热应力和壳体的热变形，垫层还应具有隔热性。
常见的垫层有金属网和陶瓷密封垫层两种形式，陶瓷密封垫层在隔热性、抗冲击性、密封性和高低温下对载体的固定力等方面比金属网要优越，是主要的应用垫层；而金属网垫层由于具有较好的弹性，能够适应载体几何结构和尺寸的差异，在一定的范围内也得到了应用。
陶瓷密封垫层一般由陶瓷纤维（硅酸铝）、蛭石和有机粘合剂组成。
陶瓷纤维具有良好的抗高温能力，使垫层能承受催化转化器中较为恶劣的高温环境，并在此条件下充分发挥垫层的作用。
蛭石在受热时会发生膨胀，从而使催化转化器的壳体和载体连接更为紧密，还能隔热以防止过高的温度传给壳体，保证催化转化器使用的安全性。
3.3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。
有催化剂参与的化学反应就称为催化反应。
催化反应一般都是多阶段或多步骤的，从反应物到产物都经过多种中间物，催化剂参与中间物的形成，但最终不进入产物。
根据催化剂与反应物所处状态的不同，催化作用可以分为均相催化和多相催化。
固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用属于多相催化，车用催化剂就是此类型的催化。
多相催化反应过程一般包括以下步骤：①反应物分子从流体主体通过滞流层向催化剂外表面扩散（外扩散）；②反应物分子从催化剂外表面向孔内扩散（内扩散）；
③反应物分子在催化剂内表面上吸附；④吸附态的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用的化学反应；⑤反应产物从催化剂内表面脱附；⑥脱附的反应产物自内孔向催化剂外表面扩散（内扩散）；⑦产物分子从催化剂外表面经滞流层向流体主体扩散（外扩散）。
其中，①②⑥⑦为传质过程，③④⑤为表面反应过程，或称化学动力学过程。
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。
具有吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。
吸附质在
表面吸附以后的状态称为吸附态。
吸附发生在吸附剂表面上的局部位置，该位置叫做吸附中心。
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。
在三效催化转化器中主要发生CO氧化反应、HC氧化反应和NO还原反应。
如果排气中分子氧的分压明显高于NO的分压，NO消失的速率会明显下降。
这就是为什么用目前已有的催化剂不能完全消除供给过量空气的发动机（稀燃点燃式发动机和压燃式发动机）排气中NO的原因。
反之，当发动机以浓混合气运转时，排气中会出现大量化学还原剂，从NO 离解产生的原子态氮可进行更彻底的还原。
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。
总结
目前应用最广泛的排气后处理装置是汽油机三元催化转化器
(TWC)。
TWC 是一种能使CO、HC 和NOx 三种有害气体同时得到净化
的处理装置。
TWC 的使用对空燃比有一定的要求，只有发动机在理论
的空燃比14.7：1 附近运行时，TWC 的转换效率最高。
为了将实际空燃
比精确地控制在14.7：1 附近，在发动机控制系统中普遍采用由氧传
感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制方式。
电控单元ECU 根
据氧传感器反馈的空燃比信号，控制喷油量的增多或减少。
TWC 之所
以能对汽车尾气进行净化处理，其原因是在于催化转换器中载体表面
有一种特殊活性物质(铂、铑等贵金属)，这种催化剂能加快尾气中有害
气体的氧化还原反应，将有害气体转化为水、二氧化碳和氮气。
如果车辆使用含铅汽油，将会导致活性物质被铅覆盖，而失去活性，俗称“铅中毒”。
这也是目前普遍采用无铅汽油的主要原因。
参见文献
［1］刘巽俊.内燃机的排放与控制[M].机械工业出版社,2003
［2］李彩凤.汽车排放及治理技术[J].科技情报开发与经济,2005,15(1):288-290［1］［3］周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2005.。
