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1、三元催化器工作原理和技术,三元催化器相关原理和技术,三元催化器相关原理和技术,汽车排放控制技术的发展过程,三元催化器相关原理和技术,三元催化器相关原理和技术,欧、 型汽车尾气污染物排放标准,该表结合汽车车型，详细地列举出了尾气的排放标准。,机外净化二次空气喷射技术、颗粒物捕集技术、热反应器技术、三元催化净化技术、氧化催化技术等。,汽车尾气净化的主要方式：,三元催化器相关原理和技术,目前轻型车排气的最主要净化方式,机内净化汽油喷射电控系统、典型低排放燃烧系统、废气再循环系统以及其他机内净化技术等。,三元催化器相关原理和技术,三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物转化为
2、水、二氧化碳和氮气。,三元催化器相关原理和技术,四部分：1 壳体2 减震层3 载体：蜂窝状陶瓷4 活性涂层：铂、钯、铑贵金属及稀土化合物等,三元催化器相关原理和技术,催化剂,垫片,壳体,核心部分,催化涂层,三元催化器相关原理和技术,三元催化器相关原理和技术,车载三元催化器外观图,有催化剂参与的化学反应称为催化反应。固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用为多相催化。车用三元催化器上进行的反应也为多相催化反应。,催化反应过程,三元催化器相关原理和技术,三元催化器相关原理和技术,催化剂表面上的反应过程,催化器转化效率与使用条件密切相关。最关键因素：1 空燃比2 使用温度,三元催化器相关原理和技术
3、,在三元催化器中，HC和CO进行氧化反应，NOx进行还原反应。富氧时HC、CO转化效率高，贫氧时NOx的转化效率高。在理论值附近一个很窄的范围内，HC、CO和NOx转化效率都比较高，称为空燃比窗口。空燃比窗口：选择和匹配催化剂配方的一个重要参数。,空燃比,三元催化器相关原理和技术,转化效率达到50%的温度为起燃温度，它是选择和匹配催化剂配方的另一个重要参数。在三元催化剂的开发中，要尽量降低起燃温度。催化器应尽量靠近发动机并考虑加热、抗震及防烧蚀措施。一般情况下，催化剂能在 800左右长期正常工作 。,使用温度,三元催化器相关原理和技术,三元催化器的效果,汽车污染物排放量和需要达到的排放标准（欧
4、、）决定了不同的三元催化剂配方。催化剂配方优化的目的是保证HC、CO、NOx转化效率同时达到最佳的水平。选择耐高温性好，同时添加储氧性能好、热稳定性好的过渡金属氧化物、稀土氧化物等。同时，需要对三元催化器结构也进行优化设计。,三元催化剂配方的研制依据,三元催化器相关原理和技术,载体承载催化剂，提供大的比表面，使催化剂与有害气体充分接触。最常用载体为陶瓷蜂窝载体及金属蜂窝载体，常用规格有400目、 600目等。 陶瓷蜂窝载体主要技术参数：外形尺寸、抗压强度、抗热冲击性、孔密度、壁厚、热膨胀系数、吸水率等。,三元催化器相关原理和技术,载体,催化剂,目前，车辆中广泛使用的催化剂是铂、钯、铑以及过渡金
5、属氧化物、稀土氧化物等。催化剂参数：贵金属含量、贵金属比例等催化剂性能指标：起燃温度、空燃比特性和耐久性。,三元催化器相关原理和技术,催化剂涂覆材料包括：催化剂、催化助剂、稳定剂、-Al2O3涂层材料等。,三元催化器相关原理和技术,催化剂活性组分,垫片,金属垫层：具有较大的弹性，能够很好地保护载体免受强气流冲击。非金属膨胀垫层：除了减震作用以外，还具有隔热、防止气流旁通以及催化剂松动的作用。,三元催化器相关原理和技术,垫片：在催化转化器中起减振、抗冲击、缓解热应力、保护载体不受损坏、保温和密封的作用。,壳体,壳体材料一般为409不锈钢。壳体型腔与载体尺寸完全相配，过渡部分合理引导和分布气体的流
6、动方向。体积较大的壳体在结构上设加强筋以提高刚度。,三元催化器相关原理和技术,三元催化器相关原理和技术,材料制备载体涂覆封装、焊接,催化器生产工艺,关键环节,三元催化器相关原理和技术,催化剂涂覆示意图,涂覆：将催化涂层材料均匀地分布在载体表面-Al2O3涂覆：为三元催化剂提供大的比表面积。 过渡金属氧化物、稀土氧化物涂敷：提高三元催化剂的热稳定性，并提供较好的储放氧功能。贵金属涂覆：完成三元催化剂功能的关键步骤，提供催化反应的活性中心。,三元催化器相关原理和技术,三元催化剂生产工艺流程图,三元催化器的失效,国外三元失效的主要原因是高速公路行驶造成的高温失活，在中国主要是由于硫、磷、一氧化碳化学
7、络合物造成的化学中毒。究其原因，主要有以下几个因素：,1、燃油标号低、油质差中国汽车排放目前实行欧2标准，欧2标准燃油要求辛烷值达到91、95、98，而中国只有90、93、97三档，均低于欧2标准燃油。2004年中国技术监督局曾对北京加油站进行了一次质量检查，合格率仅为50，其中中石化加油站合格率为71。标号低、油质差的燃油由于不完全燃烧会吸附在三元催化器表面，形成化学络合物，时间一长便会使三元中毒失效。实验表明，欧3标准高档车添加标号低、油质差的燃油后，行驶几百公里就会出现故障灯指示尾气超标三元失效的信号。,2、燃油含硫量高欧2标准的燃油要求硫含量小于0.05。目前中东生产的高含硫量石油，由
8、于达不到日本、美国和欧洲的环保准标，大部分销售到了中国。中国燃油含硫量高对于大气造成的污染问题已引起联合国环保署的重视，含硫量大的燃油能同时造成喷油嘴积碳、进气系统沉积物、三元催化器表面化学络合物附着。硫吸附在氧传感器和三元催化器表面，形成化学络合物不仅造成三元中毒失效，还给汽车动力带来一系列问题。,3、道路拥堵严重由于居住、工作环境的限制，中国大部分私家车是在城市内行驶，城市道路拥堵已是普遍现象。道路拥堵开开停停会使燃油不完全燃烧而产生大量的一氧化碳，它极易吸附在三元催化剂活性表面造成三元中毒失效，所以汽车长期在低速、加速、减速状况下行驶也是造成三元失效的主要原因。,解决方案,由于燃油品质差
9、、含硫量高以及城市道路拥堵，这将造成汽车三元净化器使用寿命短、容易中毒失效。所幸的是，这种中毒失效是可逆转的，硫、磷、一氧化碳化学络合物在一定的高温氧化环境下可以清除，三元催化剂可以重新恢复活性。三元清洗养护产品和技术正是基于这一点开发的，其原理是：三元清洗剂通过进气真空管进入发动机燃烧室燃烧后，产生大量活性氧离子，在三元催化器内部建立了一个高温强氧化环境。通过化学反应将三元催化剂表面的硫、磷、一氧化碳化学络合物、含碳沉积物变成二氧化硫、二氧化碳气体排出，从而达到清洗三元、恢复三元活性的目的。,虽然中国在用车的三元催化器容易失效，但通过清洗及常规养护，可以恢复其尾气净化功能。因此，只要经常定期地清洗并做好常规养护，中国汽车三元催化器的使用寿命将超过国外。,课堂作业,1.三元催化器的工作原理及常见故障？,
