内燃机机外净化技术

伍赛特

0 引言

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车用汽油机后处理装置主要有三元催化转化器、热反应器和空气喷射器等。

1 三元催化转化器

三元催化转化器是目前应用最多的废气后处理技术  当发动机工作时，废气经排气管进入催化器，其中NO_x与废气中的CO、H，等还原性气体在催化作用下分解成N₂和O₂；而HC和CO在催化作用下充分氧化，生成CO₂和H₂O三元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，与废气接触面积非常大，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，三元催化剂可将90%的碳氢化合物、一氧化碳和70%的氮氧化物同时净化，因此，这种催化器被称为三元催化转化器。日前，电子控制汽油喷射加三元催化转化器已成为国内外汽油机排放控制技术的主流。

催化转化器是由壳体、垫层、载体及催化剂4部分构成的，如图1所示其中催化剂是催化活性组分和水洗涂层的合称，它是整个催化转化器的核心部分，决定着催化转化器的主要性能指标。

图1 三效催化转化器的结构图

2 热反应器

汽油机工作过程中的不完全燃烧产物CO和HC在排气过程中可以继续氧化，但必须有足够的空气和温度以保证其较高的氧化速率，热反应器为此提供必要的温度条件。在排气道出口处安装用耐热材料制造的热反应器，使尾气中未燃的HC化合物和CO在热反应器中保持高温并停留一段时间，使之得到充分氧化从而降低其排放量。

热反应器属氧化装置，NO_x不能被去除。它一般采用耐热耐腐蚀的不锈钢制成。热反应器由壳体、外筒和内筒构成，中问加保温层，使内部保持高温。热反应器安装在排气总管出口处。

3 空气喷射器

空气喷射系统已经被广泛地应用在汽车上，它实际上就是一种尾气排放控制实用技术，用以减少排气中的HC和CO的排放量。而且实践也已证明，空气喷射系统在汽、柴油汽车上都能取得良好的效果它的工作原理是空气泵将新鲜空气送入发动机排气管内，从而使排气种的HC和CO进一步氧化和燃烧，即把导入的空气中的氧在排气管内与排气中的HC和CO进一步化合形成水蒸气和二氧化碳，从而降低了排气中的HC和CO的排放量。

按其空气喷入的部位可分为两类。

第一类，新鲜空气被喷入排气歧管的基部，即排气歧管与气缸体相连接的部位，因此，排气中的HC、CO只能从排气歧管开始被氧化。

第二类，新鲜空气通过气缸盖上的专设管道喷入排气门后气缸盖内的排气通道内，排气中HC、CO的氧化更早进行。

二次空气喷射系统按控制形式不同可分为：机械空气泵型、脉冲型、电控空气泵型。空气泵系统是利用空气泵将压缩空气导入排气系统：脉冲空气系统是利用排气压力将空气导入排气系统。

4 稀薄燃烧尾气净化技术

稀薄燃烧是指当发动机在空燃比大于理论空燃比的条件下运行时，它的尾气具有与普通汽车尾气相类似的化学成分，但其中还原性及氧化性气体的相对含量不同于普通汽车的尾气。例如：当空燃比由理论空燃比14.7提高到22时，尾气中CO的浓度明显降低，HC和NO，在一定的空燃比范围内也有所减少，但尾气中O₂的浓度明显升高，使汽油机已有的三效催化剂对NO_x的转化率大为降低，使得尾气中NO_x超标  因此，提高富氧条件下NO_x的转化率，是稀薄燃烧净化技术的关键+对于稀薄燃烧，去除汽油机尾气中的NO_x，有以下3种技术：①直接催化分解NO_x；②吸收还原技术；③选择性催化还原NO_x。

参考文献

[1] 林在犁，黄琪. 内燃机运用[M]. 成都：西南交通大学出版社, 2015.08.