内燃机排气后处理与排放法规

第四节内燃机的排气后处理现在是1页\一共有66页\编辑于星期三通过改进内燃机本身的设计和优化工作过程来降低污染物的排放，有一定的限度。汽油机：均匀混合气，即使偏稀混合气燃烧，CO也有排出，HC由于多种原因，也有排出，至于NOx则是燃烧越完全，生成越多，缸内控制NOx也遇到了困难。柴油机：不均匀混合气压缩自然的方式，很难从根本上减小微粒的排放，而降低NOx的措施往往与降低微粒排放以及减小燃油消耗相矛盾，实际技术手段有限时，只能采用折中方案。现在是2页\一共有66页\编辑于星期三排放标准日益严格，又需要兼顾动力性、经济性、排放性的内燃机越来越复杂，成本急剧上升开发排气后处理技术不影响或少影响其它性能的同时，降低排气污染现在是3页\一共有66页\编辑于星期三现在最成功的排气后处理装置是汽油机用的三效催化转换器，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量削减了80％~90％，现已成为汽油车的必备装置。车用柴油机的微粒捕集器正在开发之中，已研制的样品可降低柴油机微粒排放50％~80％。为了进一步改善汽油机性能和排放，缸内直接喷射技术已经成为研究开发的热点，同时正在开发富氧条件下NOx还原的催化技术，该技术对于柴油机NOx的净化同样意义重大。现在是4页\一共有66页\编辑于星期三一、汽油机三效催化转化器二、柴油机排气微粒捕集器现在是5页\一共有66页\编辑于星期三一、汽油机三效催化转化器1、催化反应机理2、催化转化器的结构3、催化转化器的工作特性4、车用三效催化剂的要求5、汽油机排气后处理之未来现在是6页\一共有66页\编辑于星期三HCCONOxH2OCO2N21、催化反应机理氧化还原反应，催化剂不参加反应，降低反应物的活化能，加速反应进程现在是7页\一共有66页\编辑于星期三2、催化转化器的结构外壳减振密封垫载体与催化剂现在是8页\一共有66页\编辑于星期三催化转化器的结构椭圆形现在是9页\一共有66页\编辑于星期三载体与催化剂载体催化剂涂层助催化剂氧化铝贵金属Pt,Rh,Pd现在是10页\一共有66页\编辑于星期三不锈钢外壳催化转化器现在是11页\一共有66页\编辑于星期三催化剂的活性材料三效催化剂的主要活性材料是贵金属铂Pt和铑Rh。Pt主要催化CO和HC的氧化反应，Rh催化NOx的还原反应。一般贵金属的用量为每升载体1g，Pt/Rh比为5：1左右。由于Pt很贵，也有研究用钯Pd部分或全部代替Pt。Pd的氧化活性不错，但其晶体结构容易容纳杂质，易受杂质中毒。为进一步降低成本，正在大力研究用钙钛矿型稀土催化剂(或加上过渡金属氧化物催化剂)代替贵金属的可能性，但尚未大量用于汽车发动机。现在是12页\一共有66页\编辑于星期三助催化剂为了改善三效催化剂的性能，除了氧化铝和贵金属外，三效催化剂中还可能含有各种各样的添加剂或助催化剂，如镍Ni、铈Ce、镧La、钡Ba、锆Zr、铁Fe和硅Si等。它们起多种多样的作用，如加强催化活性、稳定载体以及防止贵金属烧结等。现在是13页\一共有66页\编辑于星期三近三年来国内贵金属价格变动情况现在是14页\一共有66页\编辑于星期三3、催化转化器的工作特性空然比特性起燃特性空速特性耐久特性流动特性现在是15页\一共有66页\编辑于星期三空然比特性现在是16页\一共有66页\编辑于星期三起燃特性现在是17页\一共有66页\编辑于星期三空速特性SV也经常简称空速，主要用于评价催化器的安装占用空间的程度。显然，在同样的排气流量下，排气催化转化器所允许的空速SV越大，催化器的体积就越小。或者说，SV越小，在同样的排气流量下，反应气体在催化器中的停留时间越长，转换效率越高。现在是18页\一共有66页\编辑于星期三流动特性扩张角=70度扩张角=60度扩张角=40度现在是19页\一共有66页\编辑于星期三流动特性

催化器入口处流速为26.0m/sN=3000r/m催化器入口处流速为32.0m/sN=4000r/m催化器入口处流速为38.0m/sN=5000r/m催化器入口处流速为43.0m/sN=6000r/m现在是20页\一共有66页\编辑于星期三耐久特性化学老化热老化积垢老化机械老化中毒：不可逆吸附或发生表面反应抑制：毒物的竞争可逆吸附毒物导致催化剂表面重构发生载体孔结构的阻塞活性组分的烧结形成合金载体结构发生变化贵金属-贱金属的相互作用贵金属表面重组贵金属挥发碳沉积（结碳）热冲击磨损机械破坏

现在是21页\一共有66页\编辑于星期三式中，催化器出、入口浓度分别代表有害气体（HC、CO、NOx）的浓度。可见，转换效率表示把HC、CO、NOx等有害气体转换成无害气体的百分率。转换效率的测定一般在发动机试验台或装车试验中进行。转换效率补充！！现在是22页\一共有66页\编辑于星期三4、车用三效催化剂的要求起燃温度低；有较高的储氧能力，以补偿Φa的波动；耐高温，不易热老化；对杂质不敏感，不易中毒；尽量不产生H2S、NH3等物质；成本合理。

现在是23页\一共有66页\编辑于星期三5、汽油机排气后处理之未来现在是24页\一共有66页\编辑于星期三载体技术——催化器新型载体目前，也有用金属作为催化剂的载体材料。一般用厚度不超过0．1mm的极薄不锈钢带，一层带波纹一层不带波纹地交替叠合，卷成螺线形或S形，焊装在金属圆筒内。这种载体的优点是结构紧凑，热容量小，有利于提高内燃机冷起动时的净化效果，机械强度和热强度高，工作可靠；缺点是质量大，成本高，涂敷活性层困难。它一般做成小的，安装在陶瓷主催化转化器前，用来改善冷起动净化性能，或用于振动较大的场合，如摩托车。现在是25页\一共有66页\编辑于星期三快速起燃技术——电加热催化转化器

EHC—ElectricHeatedCatalyst现在是26页\一共有66页\编辑于星期三快速起燃技术——紧耦合型催化转化器现在是27页\一共有66页\编辑于星期三NOx吸附还原技术——吸附过程现在是28页\一共有66页\编辑于星期三——还原过程现在是29页\一共有66页\编辑于星期三柴油机机后净化措施

氧化催化器（DOC）

微粒捕集器（DPF）稀NOX催化还原器（LNC）NOX吸附器（LNT）选择性催化还原器（SCR）LNCNOxNOx/PMControlLNTOxidationCatalystCombinationPMSolidsSOFSCRActivePassiveDPF(DieselParticulateFilter)IntegratedSystemOff-Board/ReplaceFBCCatalystBasedDieselParticulateFiltersCSFEngineManagementNon-CatalyzedReusableActiveCDPFFBCTypeConcent.Cat.TypeLoadingCat.TypeLoadingIntakeRestric.ExhaustRestric.ExhaustHeatAdd.DPFApplicationExample1

–FBC+DOC+DPFSupplementalHCSCR4NO+O2+4NH3

4N2+6H2O2NO2+O2+4NH33N2+6H2OSCR4N2+2CO2+4H2O4NO+O2+2CO(NH2)2第四节、柴油机机后净化措施

现在是30页\一共有66页\编辑于星期三不同国家不同排放标准下对于柴油机的应对措施

柴油机排放综合控制技术（DPF+SCR）FUELTIMELINE2005:EUULSD50ppmS2005:JapanULSD50ppmS2006:EPA/CARBULSD15ppmS2007:USNon-roadLSD500ppmS2009:EUSULSD10ppmS2010:USNon-roadULSD15ppmS(2000)(2005)(2008)China2010China2007Nothing,orDOCtocontrolodorDOC+DPF+FBC,orDOC+CDPF,orDOC,SCRDOC+CDPFDOC+CDPF+SCR现在是31页\一共有66页\编辑于星期三二、柴油机排气微粒捕集器微粒捕集器主要用于净化柴油机排气中的微粒目前正在开发的微粒捕集器有体积型和表面型两大类，前者被捕集的微粒沉积在过滤材料体内，后者则大部分沉积在表面上。体积型微粒捕集器的滤芯用泡沫陶瓷、钢丝棉或陶瓷纤维筒等较疏松的材料制成。它们受热均匀，在热再生过程中不易损坏，但捕集效率不高，一般在50％一70％之间，特别在气流速度较高时效率下降；另一个缺点是阻力大，因而紧凑性不好。表面型微粒捕集器主要用与汽油机三效催化剂整体蜂窝陶瓷载体类似的堇青石蜂窝陶瓷块作为滤芯。柴油机微粒再生技术是微粒捕集器应用的关键。现在是32页\一共有66页\编辑于星期三主要内容1、微粒捕集器的结构原理2、微粒捕集器的再生方法3、柴油机排气后处理之未来现在是33页\一共有66页\编辑于星期三1、微粒捕集器的结构原理

现在是34页\一共有66页\编辑于星期三体积型微粒捕集器的结构陶瓷纤维缠绕微粒捕集结构原理进口出口现在是35页\一共有66页\编辑于星期三表面型（壁流式）微粒捕集原理现在是36页\一共有66页\编辑于星期三现在是37页\一共有66页\编辑于星期三典型的微粒捕集装置OutletSectionFilterSectionCatalystSectionInletSectionV-Clamps现在是38页\一共有66页\编辑于星期三微粒捕集系统车载安装图CRTbehindheatshieldInlettoCRTTemperatureandBackpressureportfordatacollectionDDECTemperaturePortOutletofCRT现在是39页\一共有66页\编辑于星期三试验后的微粒捕集器进口出口现在是40页\一共有66页\编辑于星期三试验后微粒捕集器外壳进口部分出口部分现在是41页\一共有66页\编辑于星期三2、微粒捕集器的再生方法l喷油助燃再生l电加热再生l微波加热再生l催化再生l连续再生l添加剂再生l进气节流再生l排气节流再生l后燃再生l逆向喷气再生l机械振动再生利用外部热源再生（主动再生）降低微粒活化能再生（被动再生）利用发动机热能再生（主动再生）非加热机械式再生（主动再生）再生方法现在是42页\一共有66页\编辑于星期三陶瓷纤维缠绕微粒捕集及催化再生过程再生前再生开始再生结束再生中现在是43页\一共有66页\编辑于星期三电加热再生现在是44页\一共有66页\编辑于星期三喷油助燃再生现在是45页\一共有66页\编辑于星期三微波加热再生现在是46页\一共有66页\编辑于星期三3、柴油机排气后处理之未来现在是47页\一共有66页\编辑于星期三壁流陶瓷捕集器的进一步研究——增加捕集容量、延长再生周期现在是48页\一共有66页\编辑于星期三过流式微粒捕集原理__减小捕集量，延长使用时间现在是49页\一共有66页\编辑于星期三连续再生Pt催化剂DPF发动机排气净化后排气NO+O2→NO2C+NO2→CO2+N2C+O2→CO2InletSectionCatalystSectionFilterSectionOutletSectionHoneycombCatalystWall-flowFilter现在是50页\一共有66页\编辑于星期三柴油机排气四效净化技术现在是51页\一共有66页\编辑于星期三HSOVurea(NH2)2COExhaustGasHydrolysisCatalyst(H)(NH2)2CO+H2O2NH3+CO2SCRCatalyst(S)4NH3+4NO+O24N2+6H2O2NH3+NO+NO22N2+3H2O8NH3+6NO27N2+12H2OOxidationCatalyst(O)4NH3+3O22N2+6H2OOxidationCatalyst(V)2NO+O22NO24HC+3O22CO2+2H2O2CO+O22CO2现在是52页\一共有66页\编辑于星期三第五节排放法规一、排放测试规范二、取样系统三、测量技术简介四、排放限值现在是53页\一共有66页\编辑于星期三一、排放测试规范整车测试方法（km/h）台架测试方法(g/(kW.h))FTP测试循环日本测试循环ECE测试循环R49测试循环欧洲稳态测试循环现在是54页\一共有66页\编辑于星期三美国FTP城市行驶工况图现在是55页\一共有66页\编辑于星期三日本10·15工况循环现在是56页\一共有66页\编辑于星期三ECE行驶工况试验循环现在是57页\一共有66页\编辑于星期三ECER49标准测试循环现在是58页\一共有66页\编辑于星期三欧洲稳态标准测试循环现在是59页\一共有66页\编辑于星期三二、取样系统（CVS）S1、S2—取样探头F—滤清器P—取样泵N—流量控制阀FL—流量计V—快速动作阀Q—气密式快速紧固接头BA—环境空气取样袋BE—稀释排气取样袋现在是60页\一共有66页\编辑于星期三三、测量技术CO不分光红外线吸收型分析仪（NDIR）

HC氢火焰离子型分析仪（FID）NOx化学发光型分析仪（CLD）PM称重法

现在是61页\一共有66页\编辑于星期三不分光红外线吸收型分析仪（NDIR）

由光源发出两束能量相等的平行红外线，其波长为2～7μm，进入左右两室，左室为基准室，充满不吸收红外线的标准气体如N2，右室为分析室，测量开始前也充入与左室相同的气体，这样红外线穿过两室，射入检测电容器的能量相等。测量时将待测气体通过分析室，由于待测气体吸收红外线，使穿过有室的红外线能