汽车排气催化转化器中的现象分析
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某乘用车三元催化器CFD仿真分析研究全旺贤; 苏秀花; 牛贝贝【期刊名称】《《装备制造技术》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】6页(P55-59,79)【关键词】三元催化器; CFD; 仿真分析; 背压【作者】全旺贤; 苏秀花; 牛贝贝【作者单位】柳州五菱汽车工业有限公司广西柳州 545007【正文语种】中文【中图分类】U4640 引言三元催化器是汽车排气系统的重要组成部分,三元催化器内气体流动热力学与气体动力学过程十分复杂,包括了非定常、黏性、湍流、传热、传质等各种流动现象和流动特征[1]。
利用传统的试验设计方法不容易实现,而且存在试验开发成本高、试验开发周期长以及数值误差大等不足。
通过进行CFD数值仿真,可以查看流体在结构内流动情况,进而优化设计,缩短设计周期,减少试验次数,降低设计成本等[2-4]。
本文主要通过利用HyperMesh软件进行三元催化器模型的简化以及网格划分,利用Fluent软件建立其CFD数值仿真模型,为汽车三元催化器的设计和开发提供新的思路和方向。
1 三元催化器CFD仿真分析1.1 网格划分利用HyperMesh软件对三元催化器内部结构按照实际结构进行构建,外部结构在不影响计算结果的情况下进行了适当的简化。
为了保证计算精度,采用混合网格进行划分,催化器载体采用结构化的五面体网格,其余结构采用非结构化的四面体网格,并且划分三层边界层。
如图1所示,网格的大小应在保证计算结果收敛以及精度的前提下确定,经过多次划分,最终网格总数为380 550个。
图1 三元催化器网格生成图1.2 模型假设为了提高三元催化器进行数值计算分析效率,找到三元催化器背压产生的主要原因,需要对三元催化器模型进行简化,根据模型特点,利用以下四点假设进行模型简化:(1)假定排气系统中的气流为不可压缩、稳态。
(2)催化转化器中的载体部分按多孔介质处理。
(3)假设催化转化器载体部分无化学反应,且化学反应热按热源项处理。
某型汽车排气催化器开裂原因分析作者:谢文奇来源:《汽车与驾驶维修(维修版)》2021年第04期关键词:排气系统;流- 固耦合;热机械疲劳;等效塑性应变增量0 引言排气系统的受力状态非常复杂,系统长时间处于高温高压的极端环境下,而且在外部道路条件、高温废气沖击和发动机的激励下振动,所以非常容易发生疲劳开裂。
大多数的疲劳开裂故障发生在催化转化器和歧管连接部位,开裂的原因非常复杂,材料性能、加载条件、焊接质量和结构应力等,都会对排气系统性能产生重大影响[1]。
本文对某车型排气系统结构进行了研究,针对其排气催化器疲劳开裂故障进行了详细分析,重点考虑系统冷热交替负荷下的热疲劳与高温环境下材料性能下降的因素。
结合模拟仿真分析和材料的金相检查,系统阐述了排气催化器疲劳开裂的原因,并提出改进方案,通过CAE 对比分析改进有效并完成可靠性验证。
1 问题描述某车型排气系统主要由排气歧管、催化转化装置、波纹管、副消声器、主消声器、尾管以及排气系统悬挂装置等组成。
其中排气歧管与催化转化装置通过10 mm 厚的法兰盘进行连接。
这套排气系统在一次整车耐久路试过程中,当进行了1.5 万km 的测试,被发现有端盖圆角部位发生了开裂[2],具体位置见如图1所示。
通过对断口处进行观察,发现断口截面较为粗糙,有疲劳纹路,符合疲劳断裂特征。
失效件断裂处金相检查表明(图2),奥氏体析出数量较多且尺寸较大的晶粒,呈现大颗粒状或连续链状,铁素体和珠光体相应的减少。
初步分析为圆角处高温下材料性能下降,在应力集中作用加上冷热交替变形后的疲劳失效[3]。
2 改进方案因故障为结构与材料综合的结果,因此结构改进上消除产生应变集中的圆角与管路折弯,材料由SUH409L 升级为SUS441。
3 改进前后有限元对比分析3.1 边界条件催化器与歧管固定在发动机缸盖上,并通过筒体上的支架固定在发动机缸体上,后面连柔性节(图3)。
发动机歧管处排气温度为850℃。
氮氧化物转化器催化剂-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氮氧化物转化器催化剂是一种针对汽车尾气中的氮氧化物进行转化的重要技术。
随着汽车数量的增加和环保意识的提高,减少汽车尾气排放对于保护环境和人类健康具有重要意义。
氮氧化物是汽车尾气中的主要污染物之一,其排放会对大气环境和人体健康造成极大的危害。
氮氧化物转化器催化剂通过催化反应将氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气,从而实现氮氧化物的减排。
该催化剂通常由催化剂载体和活性组分组成。
催化剂载体是指催化剂的基础材料,常见的催化剂载体包括氧化铝、碳纳米管等。
活性组分是指催化剂中能够促进氮氧化物转化反应的物质,常见的活性组分有钯、铑、铂等贵金属。
氮氧化物转化器催化剂的应用主要集中在汽车尾气净化领域。
随着环保政策的推进,越来越多的汽车使用氮氧化物转化器催化剂来降低氮氧化物排放。
此外,氮氧化物转化器催化剂还可以应用于工业废气处理和发电厂烟气净化等领域。
本文将对氮氧化物转化器催化剂的定义、原理、种类和应用进行详细介绍。
通过对其优势和发展前景的探讨,旨在加深对氮氧化物转化器催化剂的认识,并为相关领域的研究和应用提供一定的参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来详细介绍氮氧化物转化器催化剂的相关内容:第一部分为引言部分(Chapter 1),概述了本文的研究背景和研究目的,引出了氮氧化物转化器催化剂的重要性和应用领域。
第二部分为正文部分(Chapter 2),主要包括两个小节。
2.1小节将详细介绍氮氧化物转化器催化剂的定义和原理,包括其基本功能、催化反应机理以及催化剂的组成和结构。
2.2小节将探讨氮氧化物转化器催化剂的种类和在不同应用领域的应用情况,具体介绍各种常用催化剂的特点和性能。
第三部分为结论部分(Chapter 3),对氮氧化物转化器催化剂的优势进行总结和归纳,指出其在环境保护和能源利用等方面的潜在应用价值。
同时,展望氮氧化物转化器催化剂的未来发展前景,提出相关的研究方向和可能的应用领域。
车用排气催化转化器与发动机的匹配汽车论文 2008-10-05 08:50:04 阅读91 评论0 字号:大中小订阅【关键词】催化转化器排放控制试验匹配【摘要】阐述了车用催化转化器与发动机的匹配要求,分析了催化剂成分和用量、催化器的结构和安装位置等因素对汽车发动机综合性能的影响,介绍了一些具体的匹配方法和车用催化转化器的开发实践。
催化转化器作为降低机动车排气污染的有效装置之一,正得到越来越广泛的应用。
国内近期推出了各种系列不同型号的排气催化转化器产品,它们能减少机动车的污染物排放量,对治理汽车排气污染发挥了一定的作用。
车用催化转化器必须在具有较高转化效率的同时,保持汽车正常的运转状态,即在安装排气催化转化器前后汽车的动力性、经济性和噪声水平等指标不能发生显著的变化,催化转化器可靠性和转化效率必须达到一定的要求。
所有这些都要求排气催化转化器与发动机之间实现良好的匹配。
1 车用排气催化转化器对发动机性能及排放的影响车用排气催化转化器的作用是将发动机排出的废气中的HC、CO 和NOx等有害成分在催化剂的作用下转化为CO2、H2O和N2等无害成分。
安装排气催化转化器对发动机性能及排放的影响主要表现在3个方面。
1.1 由于催化转化器安装在发动机的排气系统中,它对发动机的排气过程,甚至是整个工作过程产生影响,对二行程发动机的影响尤为明显。
在有些情况下使发动机的输出功率下降,燃油消耗率增大,排放状况变得更加恶劣。
整车性能变差的同时,催化传化器的工作条件变得恶劣,影响其转化效率和使用寿命。
因此,车用排气催化转化器的结构和性能必须与发动机的工作状况相匹配。
1.2 车用三元催化转化器要求发动机的混合气成分处于理论混合气附近狭小的浓度范围内,才能保证其三元净化率。
发动机的实际运转工况变化很大,不可能保证其始终处于理论混合气浓度,例如在冷启动和暖机等工况下就必须使用浓混合气。
另外,化油器式汽车的混合气浓度变化范围较大,难于保证混合气的精确调整,不能保证三元催化转化器的工作条件,因此,对排气的净化效果不理想。
三元催化转化器转化效率影响因素分析孔祥华;张海东【摘要】针对三元催化转化器的起燃特性,建立转化器的数学模型.给出数值求解方法,讨论了在起燃阶段,进气性质、氢气、孔密度和空速等因素对转化效率的影响.结果表明,增加进气温度,增大孔密度,可缩短起燃时间,提高转化率;适当增大空速有利于提高转化率.%According to the light-off behavior of three-way catalyst, the mathematical model has been developed. Mathematical model was solved by finite difference. It was discussed that inlet gas property, hydrogen, cell density and space velocity can affect the converter efficiency in the light-off period. The results show that light-off time can be reduced by increasing inlet gas temperature and cell density. Conversion efficiency also can be improved by increasing space velocity.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)035【总页数】5页(P8726-8730)【关键词】催化转化器;数学模型;转化效率;影响因素【作者】孔祥华;张海东【作者单位】宝鸡文理学院,陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室,宝鸡721013;宝鸡文理学院,陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室,宝鸡721013【正文语种】中文【中图分类】TK411.5汽油发动机尾气中的有害气体通过安装三元催化转化器(Three-Way Catalytic Converter)将它们转化为无害的CO2、N2和H2O而得到有效控制。
三元催化器故障的症状主要有以下三点:发动机动力性能下降:汽车在行驶过程中三元催化器很容易受到路面的作用,产生拖底或强烈振动,造成催化转化器的碰撞,致使三元催化转化器载体破碎,容易阻塞排气通道,造成动力性能下降、燃油消耗增加、排放恶化等。
排气通道阻力增大:由于供油系统、点火系统等的故障,发动机过热、回火,造成催化转化器载体烧结、剥落,排气阻力增大,同样也会产生排气通道阻力增大,排放恶化等不良现象。
发动机混合气浓度混乱:当三元催化器损坏时,第二级氧传感器不能正确提供数据给行车电脑ECU,这样发动机混合气浓度就会出现过稀或者过浓。
过稀会造成点火困难、行驶无力、发动机放炮等情况;过浓会增加油耗、燃烧不完全、汽缸、火花塞积碳严重等。
如果出现以上症状,建议及时到4S店进行检修,以避免发动机损坏和其它更严重的问题。
汽车尾气的治理及再利用一、引言人类每分每秒都在呼吸这汽车尾气这种不洁净的空气,人体每分钟呼吸16——22次,每次吸入的空气量约0.4升,通过计算我们可知,一个人每天需吸入量为升,约15Kg,其分量超过对食物和水的需求量,人们对饮食的质量要求十分讲究,采取多种手段、措施,防范于未然,而对空气的质量还不够重视,对空气污染的治理力度不够。
二、研究设计方案背景:在南方许多城市汽车尾气已经成为大气污染的首要污染源。
汽车尾气被市民评为“最不可忍受的污染物”位列我国第一批环保模范的深圳市,大气污染中机动车尾气污染已占70%,每排放的各种有害物质达20多万吨,并且还有以每年20%的速度上升。
控制汽车污染,成为每年“”的热点话题。
意义:让我们注意环境保护。
目标:对汽车的成分进行研究和调查汽车尾气对大气的污染。
研究出能够治理尾气的方法。
创新:研究成果的实用性脚强。
办法:实地考查、尝试报告三、访谈信息我们对XXX工作人员、工薪阶级和出租车司机进行了访谈。
我们从访谈中了解了汽车尾气如何排放,汽车尾气对人体及环境的危害,不同的人对汽车尾气的见地不同。
从访谈知道大局部人只只认为汽车尾气是出行便捷的交通工具,很少认识到汽车尾气排放的尾气对环境和身体的危害。
(一)访谈信息被访谈者有关信息:姓名:XXX职务:XXX事情人员单位:环保局访谈方式:面谈访谈问题1.汽车排放的尾气是怎么排放的?2.汽车尾气的的成分是什么?3.汽车尾气给人类健康带来那些健康?4.汽车尾气对环境有何影响?被访谈者的回答:1.排放有三部分组成。
通过排气管排出的内燃机废气。
由油箱泄漏的气体以及油箱和汽化器等燃烧系统的蒸发气体。
2.主要有:一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫化物和微粒等。
3.一氧化碳和人体红血球中的血红蛋白有很强的亲和力,从而消弱血液向各组织输送氧的功能,污染严重造成烟云,使人们喉痛、头晕并导致死亡。
4.构成酸雨,光化学污染,臭氧层的破坏等。
(二)被访谈者姓名:连威职务:保险公司职员访谈方式:面谈访谈问题1.家中是否有汽车?2.为什么要使用汽车?3.是否想过汽车尾气带来的危害?4.认为汽车有什么优点和缺点被访谈者的回答:1.有汽车。
三元催化器概述:三元催化器,是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,它可将汽车尾气排出的CO、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、水和氮气。
当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性,促使其进行一定的氧化-还原化学反应,其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx还原成氮气和氧气。
三种有害气体变成无害气体,使汽车尾气得以净化。
失效原因有:温度过高、慢性中毒、表面积碳。
工作原理:增强气体活性三元催化器的工作原理是:当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性,促使其进行一定的氧化-还原化学反应,其中CO 在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx还原成氮气和氧气。
三种有害气体变成无害气体,使汽车尾气得以净化。
[3]催化喷涂载体三元催化反应器类似消声器。
它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。
在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。
内部在网状隔板中间装有净化剂。
净化剂由载体和催化剂组成。
载体一般由三氧化二铝制成,其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。
净化剂实际上是起催化作用的,也称为催化剂。
催化剂用的是金属铂、铑、钯。
将其中一种喷涂在载体上,就构成了净化剂。
性能特点:三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长,其产品广泛适用于本田、别克、奥迪、大众、现代、铃木、昌河等车型。
三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料,安装在特制的排气管当中。
称它是载体,是因为它本身并不参加催化反应,而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。
它可以把废气中的HC、CO变成水和CO2,同时把Nox分解成氮气和氧气。
HC、CO是有毒气体,过多吸入会导致人死亡,而NOX会直接导致光化学烟雾的发生。
经过研究证明,三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。
三效催化转换器性能研究摘要:汽车排放的尾气已成为我国城市的主要污染源。
三效催化转换器是安装于汽车尾气后处理系统中的机外净化装置,通过负载在其载体孔道表面的贵金属催化剂的催化作用,将尾气中的CO、HC和NOx氧化和还原成無害的CO2、H2O和N2。
本文以三效催化转化器的发展情况及研究的现实状况为出发点展开研究,通过明确三效催化转化器的相关概念并分析三效催化转化器的作用机理之后,提出了更好利用三效催化转化器的具体措施。
旨在研究三效催化转化器的性能同时,更加合理的、有效的应用好三效催化转化器。
关键词:三效催化转换器;性能自50年代以来,汽车工业的迅速发展促进了社会进步与经济繁荣。
但汽车排出的CO,HC和NOx等有毒气体,也给人类赖以生存的大气带来严重污染。
为了保护环境,限制和治理汽车排气污染成为十分紧迫的任务。
当用尽各种机内净化措施还是达不到净化要求时,人们将目光转向机外净化,汽车尾气催化转化器应运而生。
由于它能把三种有害物质HC,CO和NOx转化为无害的H2O,CO2和N2,称之为三效催化转化器或三元催化转化器。
现如今,随着汽车尾气排放标准的日益严格,三效催化器的研究也取得了较大的进展。
1.三效催化转化器的发展及研究现状1.1三效催化转化器的发展在20世纪70年代以来,绝大多数汽车采用汽油机作为动力,因此最先研究开发的汽车净化技术是汽油机的排气净化技术。
汽油机的主要排放物为CO、HC与NOx,在排放控制初期法规主要限定CO和HC的排放限值,因此首先研制的是促进CO和HC后期氧化的热反应器和氧化性催化转化器OC(OxidationCatalyticConverter)。
随着排放法规逐步加紧对NOx的控制,研究逐渐集中于能同时净化CO、HC以及NOx的三效催化转化器TWC。
1.2三效催化转化器的研究现状国内外学者对三效催化转换器结构的开发设计、与发动机的优化匹配等开展了广泛的研究。
随着计算机的高速发展,与计算流体力学,传热学,空气动力学等学科相结合,大型商业软件CFD仿真得以广泛,如FLUENT,STAR-CD,ANSYS,奥地利AVL公司的FIRE等软件。
技术创汽车催化转化器张继谦1张昕玥2(1.中国人民武装警察部队士官学校浙江杭州311400;2.新南威尔士大学悉尼新南威尔士州2052)摘要:催化转化器是一种废气排放控制装置,通过催化氧化还原反应将有毒气体和污染物转化为更清洁的气态产品。
废气流的性质是决定催化转化器性能的关键因素,特别是通过基板的压力梯度和速度分布。
本文旨在开发一种具有良好性能的转化器设计,重点关注扩散器角度对通用催化转化器的流量分布和压降的影响。
除此之外,研究了不同形状的陶瓷整体基板以优化设计。
关键词:催化转化器设计汽车优化结果中图分类号:TQ426.96文献标识码:A文章编号:1674-098X(2022)07(b)-0051-03环境问题已成为世界上最严重的社会问题之一。
催化转化器是减少汽车有害物质排放的有效装置,已成为净化尾气的有效方法之一。
随着汽车排放法规越来越严格,对催化转化器的性能要求也越来越高。
它们不但要具有较高的转换效率,而且还要具有较长的使用寿命和较低的流动阻力。
因此,有必要了解催化转化器内部的流动规律,分析影响其流动特性的因素[1]。
20世纪70年代初,国外开始研究催化转化器内部的流动[2],发现催化转化器载体内流速分布的均匀性和压力损失对其性能影响较大。
在催化转化器的实际工作中,由于膨胀管结构,来自排气歧管的气流倾向于进入载体中心的通道,而边缘通道中的气体流量较小。
载体中心的流速较大,温度较高,而载体边缘的流速较小,温度也较低。
这种不均匀的流动会由于高速气流导致载体中心局部高温,从而导致催化剂过早老化和边缘区域催化剂使用不足[3]。
此外,载体的不均匀流动也会造成沿载体径向较大的温度梯度,产生热应力,容易对载体造成损坏[4]。
不均匀流动严重影响催化剂的利用率和使用寿命。
因此,减少载体内气流速度分布的不均匀性和降低催化转化器的压力损失是催化转化器结构设计的关键,需要对其结构进行优化设计。
随着计算机技术和计算流体力学(CFD)的飞速发展,利用CFD软件对催化转化器的流动特性进行数值模拟,为结构优化设计提供了指导,减少了试验工作量,大大缩短了设计周期[5-6]。
汽车排气催化转化器中的现象分析
冯长根;王亚军;王丽琼;游少雄;安琴
【期刊名称】《工业催化》
【年(卷),期】2000(008)004
【摘要】催化转化器己广泛用于汽车排放控制,深入了解其中发生的现象对改进催化剂和转化器的设计以及建立合理的转化器模型都具有重要意义.本文分析了整装催化转化器中发生的现象,其中主要物理、化学过程包括传热、传质、气流分布、化学动力学过程、储放氧和催化剂中毒等.
【总页数】6页(P3-8)
【作者】冯长根;王亚军;王丽琼;游少雄;安琴
【作者单位】北京理工大学机电工程系,北京100081;北京理工大学机电工程系,北京100081;北京理工大学机电工程系,北京100081;北京理工大学机电工程系,北京100081;北京理工大学机电工程系,北京100081
【正文语种】中文
【中图分类】TQ426.96
【相关文献】
1.使用催化转化器控制汽车排气污染 [J], 郑勋
2.使用催化转化器控制汽车排气污染 [J], 郑郧
3.汽车排气催化转化器综述 [J], 郑乃金
4.三元催化转化器中的现象分析与研究 [J], 龚金科;周立迎;刘孟祥;梁昱;谭凯
5.汽车排气污染治理及催化转化器 [J], 于炳浩;徐家川;张洋;赵胜利;李金腾
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汽车排气系统故障排查与维修技巧标题:汽车排气系统故障排查与维修技巧导言:汽车排气系统是确保发动机正常运转和减少环境污染的重要部件之一。
然而,由于长期使用和不当维护,排气系统可能会出现故障,导致车辆性能下降甚至无法启动。
本文将详细介绍汽车排气系统故障的排查与维修技巧。
一、了解汽车排气系统的基本组成- 汽车排气系统主要由排气歧管、催化转化器、消声器、排气管组成。
- 各部件之间通过螺栓、焊接等方式连接。
二、排查故障前的准备工作1. 确认故障表现:例如发动机运转时出现异响、尾气颜色异常等。
2. 检查排气系统相关的仪表指示灯是否亮起。
3. 使用汽车故障诊断仪对车辆进行全面扫描,获取可能的故障代码。
三、故障排查步骤1. 外观检查:- 检查排气歧管、催化转化器、消声器、排气管等部件是否有明显的损坏或锈蚀。
- 检查连接处的螺栓是否松动。
2. 漏气检查:- 使用专业工具(如烟熏机)对排气系统进行密封性检查,查找可能的漏气点。
- 注意检查排气系统下方是否有明显的积油、积炭等。
3. 视听检查:- 发动机运转时,用手触摸排气歧管、催化转化器等部件,判断是否有明显异常温度分布或异味散发。
- 用手轻敲排气管部件,听声音判断是否有松动部件。
4. 尾气检查:- 尾气颜色异常:黄色或蓝色可能表示燃烧不完全,白色可能表示汽缸密封问题,黑色可能表示燃油过多等。
- 异常气味:判断是否有硫磺味、烧焦味等,可能表明催化转化器故障或燃油问题。
5. 故障码检查:- 根据汽车故障诊断仪的扫描结果,查找相关的故障代码。
- 根据故障代码对应的故障点,进一步排查具体的故障原因。
四、常见故障及解决方法1. 漏气:- 检查排气系统连接处螺栓是否松动,紧固螺栓并加固。
- 检查排气系统各部件是否有裂缝或磨损,如有需要及时更换。
2. 噪音过大:- 检查排气系统各部件的固定是否牢固,如有需要重新固定或更换支架。
- 检查消声器内部是否有异物,清理或更换消声器。
3. 催化转化器故障:- 检查催化转化器是否堵塞,如有需要进行清洗或更换。
浅谈三元催化转化器的使用和检测摘要全球的环境越来越严峻,汽车排放污染成为主要污染源之一。
汽车排放污染物主要来源于内燃机,其中有害成分包括CO、HC、NOx、微粒及硫化物等,其中汽油车的主要污染物包括CO、HC和NOx。
各国都出台了法律严格控制汽车的排放,实践证明仅靠汽车发动机前处理和机内净化已不能满足法规要求,对于汽油机,催化转化技术作为降低其排气污染的后处理最为有效的措施,已越来越受到各国重视,其中三元催化转化器广泛应用于各类汽车上。
在了解三种有害气体产生原因及汽车排放对人类和环境的主要影响后,重点介绍了三元催化转化器的结构、原理作用及使用注意。
还重点介绍了三元催化器是如何检测的。
关键词:三元催化转化器的作用;三元催化转化器的影响因素;三元催化转化器使用;三元催化转化器的检测1三元催化转化器的简介三元催化转化器(Three-way Catalytic Converter)简称TWC,也称三效催化转化器。
催化转化器是对发动机排气管排出的废气进行净化的装置,是一种机外净化技术。
汽油机中有害气体的产生与燃料燃烧过程是密不可分的,其中对人类最有影响的主要有CO、HC和NOx三种污染物,而三元催化转化器主要作用是将尾气中的3种有害气体经过氧化反应和还原反应变成为无害气体。
三元催化转化器的催化剂本身并不发生化学反应,它的作用是加快有害物质的化学反应速度。
在我国汽油车用三元催化转化器得到很好的应用。
三元催化器与电控发动机良好匹配的催化器的稳态转化效率在90%以上实际装车的运行寿命在8万km以上,作为降低废气排放的有效措施。
但从现在使用来看三元催化转化器存在着转化效率低和使用不稳定及耐久性差。
这主要是没有重视三元催化器的使用与检测。
为了是三元催化转化器得到更可靠更有效的工作状态,必须首先重视它的使用检测。
2三元催化转化器的结构、作用和原里及使用条件2.1催化转化器排气系统的简介2-1汽车排气系统如图2-1排气系统由排气管、催化转化器、消音器和排气尾管等部分组成。
常见的汽车排气系统故障和解决方法汽车排气系统是车辆中一个重要的组成部分,它负责将发动机燃烧后产生的废气排出车辆,并降低废气对环境的污染。
然而,由于长时间的使用和车辆老化,排气系统也会出现各种故障。
本文将详细介绍一些常见的汽车排气系统故障和解决方法。
一、消声器损坏1. 问题表现:发动机运转时产生异常响声,比如噪音增大或者出现咔咔声。
2. 解决方法:如果消声器受损,需要将其更换为全新的消声器。
在更换前,务必检查其他部分是否有损坏。
二、排气管漏气1. 问题表现:排气管连接处出现气体泄漏,发动机运转时排气声音异常大。
2. 解决方法:找到泄漏点,可以采取暂时的解决方法,比如使用排气胶带或者金属夹子封住泄漏点,但建议尽快前往修理厂进行更换。
三、氧传感器故障1. 问题表现:发动机工作不稳定,怠速时出现抖动,并且车辆加速困难。
2. 解决方法:将车辆连接到诊断仪上,读取氧传感器的数值。
如果数值异常,需要更换氧传感器。
四、催化转化器故障1. 问题表现:发动机警告灯亮起,行驶时车速明显降低,汽车尾气有异味。
2. 解决方法:首先确认是催化转化器故障,可以通过使用诊断仪读取故障代码来判断。
如果确实是催化转化器故障,需要进行更换。
五、排气系统堵塞1. 问题表现:车辆加速困难,发动机效率下降,甚至出现爆炸声。
2. 解决方法:检查排气系统中是否有堵塞物,可以通过清洗排气系统或者更换部分元件来解决。
六、正时皮带断裂1. 问题表现:发动机无法启动,旋转曲轴时没有点火。
2. 解决方法:将车辆拖至修理厂,更换正时皮带。
七、排气管松动1. 问题表现:车辆发动机运转时,排气管晃动或者发出松动的声音。
2. 解决方法:检查排气管固定螺栓是否松动,如果松动,需要进行紧固。
八、尾气不排出1. 问题表现:车辆行驶时,尾部没有排气气体排出。
2. 解决方法:检查排气管是否有堵塞,并清除堵塞物。
如果没有堵塞,可能是排气管连接处出现问题,需要进行修复或更换。
发动机的进气与排气系统解析在汽车发动机中,进气与排气系统扮演着至关重要的角色。
进气系统负责将空气和燃料混合物引入燃烧室,而排气系统则将燃烧产生的废气排出。
这两个系统相互配合,共同实现汽车引擎的高效工作。
本文将对发动机的进气与排气系统进行详细解析。
一、进气系统进气系统的主要部件包括进气道、空气滤清器、进气歧管和气缸。
其工作原理如下:1. 空气滤清器:汽车进气系统中的第一道防线是空气滤清器。
其作用是过滤进入发动机的空气,防止灰尘、沙粒等杂质进入引擎,保护发动机运行顺畅。
2. 进气道:空气滤清器过滤后的空气通过进气道进入发动机。
进气道的设计可影响进气的流量和速度,进而影响发动机的性能。
3. 进气歧管:进入进气道的空气经过进气歧管分配到不同的气缸中。
进气歧管的结构和设计也会对发动机的性能产生一定的影响。
4. 气缸:空气进入气缸后与燃油混合,通过喷油器喷射形成可燃混合气。
然后,在火花塞的作用下,混合气被点燃,完成燃烧过程。
进气系统的设计和优化对发动机的性能和燃油经济性具有重要影响。
例如,增加进气道的直径和长度可以增加进气量,提高发动机的输出功率。
同时,采用进气可变门的技术可以实现进气道的变化尺寸,从而在不同转速下优化进气效果。
二、排气系统排气系统由排气歧管、催化转化器、消声器等组成,其功能是将燃烧后产生的废气排出发动机。
排气系统的工作原理如下:1. 排气歧管:燃烧后的废气从气缸中排出,在排气歧管中进行集中处理,将多个气缸的废气合并到一起。
2. 催化转化器:废气经过排气歧管后进入催化转化器,其中的催化剂能够将有害物质转化成无害物质,减少对环境的污染。
3. 消声器:排气经过催化转化器后进入消声器。
消声器通过设计和设置吸音材料,减少发动机排气产生的噪音。
排气系统的设计和优化可以降低发动机运行时的噪音,并减少废气对环境的污染。
例如,采用不同形状和尺寸的排气管可以改变排气流动的速度和压力,从而影响发动机的输出功率和扭矩。
第8卷 第4期2000年7月 工业催化I NDU STR I AL CA TAL YS ISV o l.8N o.4 Ju ly.2000专论与综述汽车排气催化转化器中的现象分析α冯长根,王亚军,王丽琼,游少雄,安 琴(北京理工大学机电工程系,北京100081)摘 要:催化转化器己广泛用于汽车排放控制,深入了解其中发生的现象对改进催化剂和转化器的设计以及建立合理的转化器模型都具有重要意义。
本文分析了整装催化转化器中发生的现象,其中主要物理、化学过程包括传热、传质、气流分布、化学动力学过程、储放氧和催化剂中毒等。
关键词:催化转化器;汽车排放;现象中图分类号:TQ426196 文献标识码:A文章编号:100821143(2000)0420003206Ana lysis of the phenom ena i n autom otive ca ta lytic convertersF ENG Chang2g en,W A N G Y a2jun,W A N G L i2qiong,YOU S hao2x iong,A N Q in(M echan ics and Engineering D ep artm en t,B eijing In stitu te of T echno logy,B eijing100081,ch ina)Abstract:Catalytic converters have been w idely u sed in au tom ob ile em issi on con tro l.It is of great help to know the p henom ena in catalytic converters fo r i m p roving the design of catalysts and converters and adap tive m odeling of converters.Phenom ena in m ono lith ic catalytic converters w ere analyzed in detail.M ain p hysical and chem ical p rocesses include heat and m ass tran sfer,flow distribu ti on,chem ical k inetics,oxygen sto rage2release and catalyst deactivati on.Key words:catalytic converter;au tom ob ile em issi on;p henom enaCLC nu m ber:TQ426196 D ocu m en t code:AArticle I D:100821143(2000)04200032060 前 言安装催化转化器后处理装置是控制汽车排放最理想和最重要的措施之一。
目前广泛应用的整装催化转化器出现于20世纪60年代末期[1],催化剂载体为整体式蜂窝结构,具有纵向连续不受阻挡的流动通道(孔道密度为200~600cells in2),由于其性能优良(高的机械强度、耐冲击、热稳定、热膨胀系数小、整体式装配、开孔率高、排气阻力小及对发动机性能影响小)而取代了传统的颗粒式载体。
对汽车尾气催化转化器的理论研究始于20世纪70年代[2~4],催化转化器性能取决于其中的气流状态、温度分布、尾气组成、转化器设计和催化剂性能等。
深入了解在催化转化器中发生的各种现象及其影响因素对提高转化器性能有重要作用。
为此,本文分析了整装催化转化器中发生的主要物理和化学过程,包括传热传质、气流分布,化学反应及其动力学、储α放氧和催化剂中毒,并讨论了这些现象对催化转化器性能的影响。
1 催化转化器中的现象概述汽车排气催化转化器中存在着复杂的现象,其中物理过程有传热、传质及气流的分布;化学过程主要有表面非均相催化反应(反应物为气态——汽车尾气,催化剂为固态)、储放氧及催化剂中毒等。
气固间的总包反应过程包括七个步骤:(1)尾气组分由流体相本体进入到催化剂表面,即外扩散过程;(2)尾气组分由催化剂外表面进入到催化剂孔道内表面,即内扩散过程;(3)尾气组分分子在表面活性位上吸附,即吸附过程;(4)被吸附分子在表面上反应,即表面反应过程;(5)反应产物从催化剂表面脱附,即脱附过程;(6)产物由催化剂内表面向外扩散,即内扩散过程;(7)产物由催化剂外表面进入流体相,即外扩散过程。
其中,(1)、(2)、(6)和(7)为传质过程;(3)、(4)和(5)为表面反应过程。
在整个过程中伴随着热量的传递和使催化剂老化、失活的烧结、中毒等现象。
2 传递现象传热和传质是非均相催化过程中的重要组成部分。
转化器中的热量来源有汽车排气带出的热量和化学反应放热,若采用的是电加热催化剂(E lectrically H eat Catalyst,EHC),电能会被供给基体以使其快速升温,加快起燃。
整装转化器中的传热方式主要有孔道中的气相对流传热、气固界面的换热及固相热传导。
在高温条件下,基体向周围的热辐射也应考虑。
在非绝热状态下,转化器的热量还会通过对流(自然对流和强制对流)和辐射向环境散失。
传质属于物质的传递动力学,转化器中的传质方式有气相扩散、气相对流及气固界面的传质。
气流和催化剂表面的浓度梯度导致孔道中对流传质,尾气中所关心的物质(CO、HC及NO x)浓度小,传质服从扩散定律。
气固界面的换热和传质在工程上常采用“集总参数模型”的方法,引入传热系数h和传质系数k,用沿孔道的无因次数群N u 和Sh数表示:N u=h dg Sh=kdD式中,N u—N u sselt数,Sh—Sherw ood数,d—孔道半径,Κg—气体导热系数,D—分子扩散系数。
在一些转化器模型中[5~8],N u和Sh数被当作常数,其数值为充分发展层流恒壁热流的解析解。
Pattas等人[9]在其模型中,采用了依赖于轴向位置的N u和Sh数。
热、质边界层的二维解也被用于研究N u和Sh数沿轴向孔道的变化[3,4,10,11]。
其计算公式为:N u=dC g-C w5C5r w Sh=dT w-T g5T5r w式中:g—气相,w—固相,c—气体浓度,T—温度,r—半径。
Gropp i等人[11]发现当反应为动力学控制时,N u和Sh数与恒热流Graetz2N u sselt问题的解近似,而在传质控制区,恒壁温的解更符合实际情况。
U llah等人[12]从实验出发研究了整装反应器中的Sh数,得到了在018<(R e・Sc・d L)<130范围内适用的修正值:Sh=01766(R e・Sc・d L)01483式中:R e—R eyno lds数,Sc—Schm idt数,L—长度。
V o truba等人[13]从水和一些HC的蒸发实验中得到蜂窝体中的传质系数:Sh=01705(R e・d L)0143・Sc0156(816%误差)Sh=01571(R e・d L)2 3(±1413%误差)其适用范围为:3<R e<480,0157<Sc<313,P r(P randtl数)=0174。
在化学反应系统中,适当的传热可以控制副反应的发生,保持催化剂活性和保存热量。
在颗粒式填充床催化转化器中,存在着大的径向和轴向温度梯度,传热效果不好,径向传热主要通过径向气流进行,轴向靠颗粒的边点接触导热。
在整体式蜂窝体中,不允许有径向气流,但轴向众多的平行孔道提供了气流的连续通道,表现出比填充床高的轴向传热性能,有好的点火起燃性能,这对低R e数来说是重要的,稳态可在较低的入口温度下达到。
对Pe(Peclet数)<200,轴向传热重要,对高Pe数,固相导热可以不考虑[14]。
陶瓷载体的导热系数小,且径向传热可以忽略(无径向气流,径向导热小),可认为是绝热型,对金属载体,由于其具有高的导热系数且外壁与金属壳直接接触,有径向传热,属于非绝热型。
伴随产生大量热的剧烈化学反应,起燃常发生4工业催化 2000年第4期在孔道入口处,温度急剧上升,气固间有大的温度梯度,反应受气相向固相传质的限制。
当温度高于700K 时,催化层中的扩散就会限制总包反应速率[10],催化层不均匀时,特别是大部分涂层沉积在孔道的角落中使得这种影响更加复杂[15]。
在完全发展的传质控制下,催化剂表面反应物浓度为0,固相温度保持恒定(为气相入口温度加绝热温升)。
层流外传质、传热(向孔道壁)是经典的Graze 问题,其结果可用全局Sh 和N u 数来表达,它们在入口区数值大,在下游完全发展区域则下降为渐进值。
当催化活性段位于上游时,由于发展区域增强的传质效应,起燃发生早。
为利用此现象,可把催化剂切成几块,使中间气流重混以增加发展区的数目。
W endland[16]的研究证明了这一点。
3 气流分布转化器包括管道、气室和催化床三种结构,气体通过它们时流动状况不同。
排气管道中的气流为湍流(5000<R e <80000[17]),而转化器蜂窝孔道中的气流常为层流(20<R e <300[18],75<R e <600[2])。
从湍流到层流的过渡发生在蜂窝体入口下游几厘米处,在这里传递现象得到增强。
气流分布是一个动量传递过程,它敏感于不同的初边条件及其它动量项。
在设计方面,对气流分布有影响的因素有转化器结构、装配限制条件和操作条件等[19]。
根据蜂窝催化转化器中气流速度、气体性质、通道形状、直径大小和长径比等参数分析净化器中气体流动特性,进行结构设计是十分重要的,由于气体流动形式不同,气体浓度、温度和停留时间不同,直接影响化学反应速度。
汽车排气系统中约30%~40%的压力损失发生在催化转化器中,而转化器头部的压力损失可占到整个转化器压力损失的10%~50%[20]。
排气系统中的背压是汽车设计中需要考虑的问题,因为它会降低燃油经济性和汽车动力性能。
压力损失是由于流体的剪切和转动(存在转化器头部和分段入口处的湍流及孔道中发展的层流)。
一些压力损失机理是耦合的,如入口处的压力损失就受到下流基质流阻的影响,而气流的不均匀分布和压力损失又依赖于入口设计。
对多数转化器,入口头部长度与入口管直径的比例为1∶5,分散半角为30~60°。
转化器头部锥形的作用是分散入口气流,减小尾气流速,增加静压。
实际上,在多数整装反应器入口头部,扩散作用很少,气流在排气管与扩散口交界处断开,向前以定直径气流冲击第一块基体。
基体横截面上的速度分布依赖于头部的几何形状和尾气状况。