電控發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)

1、進(jìn)氣(jn q)控制系統(tǒng)共六十四頁可變進(jìn)排氣系統(tǒng)(xtng) 為了提高充量系數(shù)，除采用多氣門外，各種可變參數(shù)進(jìn)排氣系統(tǒng)也開始應(yīng)用。 1.可變進(jìn)氣系統(tǒng) 氣體介質(zhì)中局部壓力的變化會以壓力波形式傳播，壓力波受擾動(dòng)(rodng)時(shí)會反射擾動(dòng)(rodng)波。選擇合適長度的進(jìn)氣管使反射波在進(jìn)氣門關(guān)閉前到達(dá)進(jìn)氣門可進(jìn)氣慣性增壓，提高進(jìn)氣量，稱之為波動(dòng)充氣。 圖4-30給出進(jìn)氣管長L對充量系數(shù)c（實(shí)際進(jìn)氣質(zhì)量與理論進(jìn)氣質(zhì)量之比）的影響，由圖知，長度一定的進(jìn)氣管只能在某一轉(zhuǎn)速區(qū)域得到最佳c。共六十四頁圖4-30 進(jìn)氣管長度(chngd)對充量系數(shù)的影響共六十四頁圖4-31 可變進(jìn)氣管長度(chngd)示例1

2、- 節(jié)氣門 2 - 噴油器 3 - 轉(zhuǎn)換(zhunhun)閥 4 - 副進(jìn)氣管 5 - 主進(jìn)氣管 6 - 總管共六十四頁圖4-32 奧迪V6發(fā)動(dòng)機(jī)的可變長度(chngd)進(jìn)氣管共六十四頁 隨著汽車電控技術(shù)的發(fā)展,可變長度的進(jìn)氣管成為可能（如圖4-31、32），它由長短不同的主進(jìn)、副進(jìn)氣管組成。中低速運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉,由較長的副進(jìn)氣管進(jìn)氣；而高速運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換閥開啟,由主副兩個(gè)進(jìn)氣管同時(shí)進(jìn)氣，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)在高、中、低速都能得到高充量系數(shù)。 以上例子可看作是分級（2段）可變進(jìn)氣系統(tǒng),也可設(shè)計(jì)(shj)成多級或無級可變進(jìn)氣系統(tǒng)（如圖4-33），以使進(jìn)氣系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下都處于最佳管長，但結(jié)構(gòu)和控制將變得復(fù)雜

3、。共六十四頁共六十四頁共六十四頁共六十四頁共六十四頁圖4-33 進(jìn)氣道長度可無級變化(binhu)的進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖1-可變長度氣道 2-固定外圈 3-可活動(dòng)(hu dng)內(nèi)圈 4、5-進(jìn)氣口 6-固定氣道 7-進(jìn)氣門 8-密封 共六十四頁 2.可變氣門定時(shí) 氣門定時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較大，固定的氣門定時(shí)很難在較大轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的要求，因此(ync)，應(yīng)可變氣門定時(shí)。改變進(jìn)氣門的定時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響相對要比改變排氣門的定時(shí)明顯。 圖4-34、353為可變氣門定時(shí)幾種可能的方案，可以通過改變氣門相位角、氣門升程、氣門開啟持續(xù)角等參數(shù)實(shí)現(xiàn)可變氣門定時(shí)。共六十四頁4氣門(qmn)

4、技術(shù)2個(gè)進(jìn)氣門，2個(gè)排氣門。4氣門的應(yīng)用(yngyng)優(yōu)化了氣體交換。油耗低，表現(xiàn)高，力矩大更好的氣缸填充和使空氣、燃料的混合燃燒更加優(yōu)化?；鸹ㄈ佑谥行奈恢酶行У娜紵以O(shè)計(jì)共六十四頁可變氣門(qmn)正時(shí)系統(tǒng) (Double VANOS)可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng) (VANOS: Variable camshaft control)這項(xiàng)技術(shù)通過調(diào)整進(jìn)氣、排氣凸輪軸相對于曲軸的位置，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、排氣閥門開啟時(shí)間的改變。這種改變是持續(xù)進(jìn)行的，并且是基于油門踏板位置和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(zhun s)來自動(dòng)調(diào)節(jié)的。起初，這項(xiàng)技術(shù)僅可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸。雙可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)(Double VANOS)允許

5、更精細(xì)的調(diào)整，這是由于他同時(shí)還控制排氣凸輪軸。 同時(shí)，這種持續(xù)的調(diào)整會貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)的全部速度區(qū)間。共六十四頁電子(dinz)氣門系統(tǒng) (Valvetronic)全變量氣門升程控制 (VVT)電子氣門系統(tǒng)可以無級調(diào)節(jié)(tioji)進(jìn)氣門升程，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，進(jìn)氣門開啟量較小；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，進(jìn)氣門開啟量大。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過氣門升程的調(diào)節(jié)(tioji)來改變轉(zhuǎn)速，相比較采用節(jié)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(tioji)方式，電子氣門系統(tǒng)更準(zhǔn)確、更直接，同時(shí)也更節(jié)省燃油。在BMW的N系列發(fā)動(dòng)機(jī)中，此項(xiàng)技術(shù)被全面采用。共六十四頁電子(dinz)氣門系統(tǒng) (Valvetronic)彈簧(tnhung)偏心軸

6、中間杠桿凸輪軸搖臂共六十四頁電子(dinz)氣門系統(tǒng) (Valvetronic)共六十四頁低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),主搖臂和輔搖臂分別由大升程和小升程凸輪驅(qū)動(dòng), 產(chǎn)生渦流, 使油氣更好地混合,實(shí)現(xiàn)快速燃燒, 獲得極佳的燃油經(jīng)濟(jì)性.高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),同步活塞在油壓的作用使兩搖臂連成一體,同時(shí)由大升程凸輪驅(qū)動(dòng), 充氣(chn q)量得到大幅度的提高, 輸出大功率和大扭矩.TDC排氣進(jìn)氣低轉(zhuǎn)速時(shí)Valve lift進(jìn)氣門微小開度 (渦流形成)TDC中高轉(zhuǎn)速時(shí)排氣進(jìn)氣Valve lift主搖臂輔搖臂同步活塞低轉(zhuǎn)速時(shí)中高轉(zhuǎn)速時(shí)實(shí)例：本田(bn tin)i-VTEC簡介 Variable Valve Timing And L

7、ift Electronic Control 可變氣門正時(shí)及氣門升程系統(tǒng) 共六十四頁 VTEC 可變氣門(qmn)升程系統(tǒng)共六十四頁排氣凸輪軸進(jìn)氣(jn q)凸輪軸凸輪軸調(diào)節(jié)閥N205液壓缸排氣凸輪軸進(jìn)氣(jn q)凸輪軸 凸輪軸調(diào)整器（與鏈條張緊器一體）共六十四頁高轉(zhuǎn)速調(diào)整功率時(shí)，鏈條下部短，上部長，進(jìn)氣門延遲(ynch)關(guān)閉。進(jìn)氣管內(nèi)氣流速高，氣缸充氣量足。因此高轉(zhuǎn)速時(shí)，功率大。排氣凸輪軸進(jìn)氣(jn q)凸輪軸凸輪軸調(diào)整器共六十四頁在中、低轉(zhuǎn)速凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因?yàn)榕艢馔馆嗇S被齒形帶固定了，此時(shí)排氣凸輪軸不能被轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸被轉(zhuǎn)一個(gè)角度，進(jìn)氣門提前(tqi

8、n)關(guān)閉。共六十四頁可變氣門(qmn)正時(shí)系統(tǒng) (Double VANOS)可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng) (VANOS: Variable camshaft control)這項(xiàng)技術(shù)(jsh)通過調(diào)整進(jìn)氣、排氣凸輪軸相對于曲軸的位置，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、排氣閥門開啟時(shí)間的改變。這種改變是持續(xù)進(jìn)行的，并且是基于油門踏板位置和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來自動(dòng)調(diào)節(jié)的。起初，這項(xiàng)技術(shù)僅可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸。雙可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)(Double VANOS)允許更精細(xì)的調(diào)整，這是由于他同時(shí)還控制排氣凸輪軸。 同時(shí)，這種持續(xù)的調(diào)整會貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)的全部速度區(qū)間。共六十四頁本田發(fā)動(dòng)機(jī)注重的是低負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)型和高負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力輸出(shch)“

9、正好可以實(shí)現(xiàn)這樣的要求,在低速時(shí)雖然經(jīng)濟(jì)性很好但是會顯得動(dòng)力不足;高轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)力較強(qiáng),但油耗增大”為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)極端,在改變氣門行程時(shí),勢必會使它的行程的跨度很大,加上又是分段調(diào)節(jié)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出很不線性,很不平順“這是不可回避的問題對于豐田的-來說情況要好得多,豐田-的主要要求就是要實(shí)現(xiàn)平順的動(dòng)力輸出,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的完美接合從豐田-發(fā)動(dòng)機(jī)的特性可以看出,它的扭矩輸出很線性,而且能一直持續(xù)下來共六十四頁VVTI控制器的結(jié)構(gòu)包括由正時(shí)帶驅(qū)動(dòng)的外齒輪和與進(jìn)氣凸輪軸剛性連接的內(nèi)齒輪,以及一個(gè)內(nèi)齒輪!外齒輪之間的可動(dòng)活塞活塞的內(nèi)!外表面上有螺旋形花鍵活塞沿軸向的移動(dòng),會改變內(nèi)!外齒輪的相對位置

10、,從而(cng r)產(chǎn)生配氣相位的連續(xù)改變。共六十四頁4.1.2.7 分層充氣(chn q)燃燒系統(tǒng) 1.分層充氣燃燒 在均質(zhì)燃燒的汽油機(jī)中，由于受燃燒極限的限制，要實(shí)現(xiàn)稀燃很困難。若依靠進(jìn)氣渦流作用或采用機(jī)械方法，使進(jìn)入氣缸的混合氣由濃到稀逐步過渡，有組織地分成各層次。在火花塞周圍形成濃混合氣，而在其他區(qū)域形成稀混合氣。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)先點(diǎn)燃部分濃混合氣，然后依靠它在燃燒后產(chǎn)生(chnshng)的溫度、壓力和燃?xì)獾臏u流運(yùn)動(dòng)，使火焰迅速擴(kuò)散到稀混合氣區(qū)域中去，以確保穩(wěn)定燃燒?？蓪?shí)現(xiàn)非均質(zhì)稀燃。此為分層充氣燃燒。共六十四頁 2.分層充氣燃燒的實(shí)現(xiàn)(shxin) 要實(shí)現(xiàn)分層充氣燃燒：一是采用與柴油機(jī)一

11、樣的分隔燃燒室，缺點(diǎn)燃燒室表面積過大，未燃HC排放濃度增加；二是采用缸內(nèi)直接噴射，缺點(diǎn)成本高；三是采用充氣和旋流運(yùn)動(dòng)，缺點(diǎn)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化，充氣和旋流運(yùn)動(dòng)也隨著變化，難以控制。幾種典型分層充氣燃燒系統(tǒng)如圖4-38圖4-45所示。共六十四頁圖4-38 本田(bn tin)CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 以本田公司(n s)CVCC（Compound Vertex Controlled Combustion）型為代表的分隔室式復(fù)合渦流控制燃燒系統(tǒng)是一種典型的非直噴式稀燃系統(tǒng)。共六十四頁圖4-39 CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)工作(gngzu)示意圖 CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)主室類似傳統(tǒng)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門

12、。除主室外還有一個(gè)副室，副室有別于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)燃室和其他一些混合式發(fā)動(dòng)機(jī)的副室，副室本身安置了進(jìn)氣門，與主室過量空氣系數(shù)(xsh)不同的混合氣通過這個(gè)相對較小的進(jìn)氣門進(jìn)入副室。主副室之間通過一個(gè)很窄的通道相連接。 因這種發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)化油器或兩套進(jìn)氣管噴射裝置，所以可分別提供不同過量空氣系數(shù)的混合氣給主、副室的進(jìn)氣系統(tǒng)。 共六十四頁圖4-40 分隔(fng)燃燒室層狀充氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖1-主燃室 2-進(jìn)氣管 3-進(jìn)氣門 4-副燃室5-噴油器6-火花塞 7-主通道(tngdo) 8-副通道(tngdo) 9-活塞 雙室分層充氣系統(tǒng)，由主、副室組成，副室裝有噴油器和火花塞。壓縮沖程，進(jìn)氣沖程吸入的

13、新鮮空氣，上一循環(huán)的殘余廢氣被壓入副室。因?yàn)檫B接兩室的通道有大小之分，在副室內(nèi)形成反時(shí)針渦流，噴入的燃油大部分在副室中與空氣渦流混合，少部分由副通道進(jìn)入主燃燒室，這時(shí)不但副室與主室由濃稀之分，副室內(nèi)與主室內(nèi)也是分層的?；鸹ㄈc(diǎn)燃周圍的濃混合氣，火焰先在副室中傳播，然后向外傳播并最終引燃主室中的稀混合氣。共六十四頁圖4-41 波爾舍分層充氣(chn q)系統(tǒng)(SKS) 主、副燃燒室都裝有噴油器以形成(xngchng)分層，并在副室內(nèi)另設(shè)點(diǎn)燃室。燃燒時(shí)，先在點(diǎn)燃室內(nèi)形成(xngchng)火核，之后在副燃室濃混合氣中燃燒，最后在主燃室稀混合氣中燃燒，故波爾舍分層充氣系統(tǒng)（SKS）稱為三級燃燒系統(tǒng)。共

14、六十四頁圖4-42 福特PROCO缸內(nèi)直噴燃燒(rnsho)系統(tǒng)a）用短火花塞 b) 用長火花塞 噴油器布置在氣缸中心，火花塞裝在噴油嘴附近處于噴霧錐角之內(nèi)，壓縮行程時(shí)，噴油器供應(yīng)低壓(dy)、低貫穿力、大噴霧角的油霧，燃燒室上部形成濃混合氣，并從中心向四周擴(kuò)散變稀，實(shí)現(xiàn)分層。共六十四頁圖4-43 德士古-TCP燃燒(rnsho)系統(tǒng)1-噴霧 2-可燃混和氣 3-火焰(huyn)面 4-燃燒氣體5-帶導(dǎo)氣屏的進(jìn)氣閥 6-空氣流 7-排氣閥 8-噴油器 9-火花塞 火花塞布置在相對于噴油嘴的氣流運(yùn)動(dòng)的下游，燃油順氣流噴入燃燒室，由氣流帶動(dòng)首先吹向火花塞，在火花塞附近形成濃混合氣，并立即被點(diǎn)燃，后

15、續(xù)噴入的燃料，一面形成混合氣，一面連續(xù)不斷地向火焰供應(yīng)，而燃燒產(chǎn)物則被旋流帶走。共六十四頁圖4-44 軸向分層稀燃系統(tǒng)(xtng)工作原理 首先(shuxin)，由進(jìn)氣管造成強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流；進(jìn)氣門開啟到接近最大升程時(shí)，通過安裝在進(jìn)氣道上的噴油器將燃料噴入缸內(nèi)；燃料在渦流作用下，沿氣缸軸向產(chǎn)生上濃下稀的分層。這種分層一直維持到壓縮行程后期，以保證在火花塞附近是較濃的混合氣。共六十四頁 新鮮空氣被吸入或噴入排氣門后面，促使高溫廢氣(fiq)進(jìn)一步氧化，以降低廢氣(fiq)中的CO和HC。為區(qū)別發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣，此法又稱二次空氣噴射或吸入。 1.二次空氣噴射（AI） 將新鮮空氣噴射到排氣門附近，使高溫廢氣

16、和空氣混合，促使未燃HC和CO進(jìn)一步氧化燃燒。 2.二次空氣吸入（AS） 二次空氣吸入裝置是利用排氣壓力脈沖吸取新鮮空氣進(jìn)入排氣歧管或催化器，因此又稱脈沖式空氣噴射裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，吸入的空氣量小，只適用于小排量發(fā)動(dòng)機(jī)?？諝?kngq)噴射及吸入系統(tǒng)共六十四頁二次空氣噴射(pnsh)裝置1-空氣濾清器 2-空氣泵 3-防止回火(hu hu)管4-單向閥 5-空氣分配管 6-化油器7-空氣噴管 8-排氣門 9-進(jìn)氣管 10-回火防止閥 二次空氣供給裝置中，二次空氣由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)葉片式空氣噴射泵2，通過兩根軟管輸送，一路從化油器6下側(cè)經(jīng)回火防止閥10進(jìn)入進(jìn)氣管；另一路通過防止廢氣倒流的單向閥4，經(jīng)空

17、氣分配管5，送到各缸的排氣門座附近（排氣歧管）或送入催化器。 共六十四頁二次空氣(kngq)吸入裝置1-吸氣閥 2-管路(un l) 3-排氣歧管或催化器 4-空氣濾清器 二次空氣吸入裝置，由單向吸氣閥及管路組成。吸氣閥1是單向閥，只允許經(jīng)空氣濾清器4的清潔空氣進(jìn)入排氣歧管3，阻止廢氣倒流入空氣濾清器4。當(dāng)排氣門每閉合一次，排氣歧管內(nèi)就有一段時(shí)間壓力低于大氣壓，產(chǎn)生真空。此時(shí)吸氣閥1打開，經(jīng)濾清器的新鮮空氣流入排氣管或催化器，當(dāng)排氣管內(nèi)氣體壓力高于大氣壓力時(shí)，吸氣閥1關(guān)閉，空氣不能被吸入排氣歧管3或催化器。共六十四頁 熱反應(yīng)器一般和二次空氣噴射同時(shí)使用，以保證有足夠的空氣、溫度和時(shí)間，使CO和

18、HC在排氣中繼續(xù)氧化。這種系統(tǒng)對NOx無效。為保持高溫，一般要加濃空燃比及推遲點(diǎn)火（油耗升高），或采取絕熱和緊靠排氣管布置。為延長滯留時(shí)間可增大反應(yīng)器容積或讓廢氣在反應(yīng)器中流經(jīng)多重彎道。 20世紀(jì)(shj)7080年代，熱反應(yīng)器在國外汽油車上采用較多，隨著凈化效率更高的三效催化器的普及，現(xiàn)在汽車上已很少采用。由于摩托車排氣處理裝置要求結(jié)構(gòu)簡單和成本低，且主要排放污染物是CO和HC，因而熱反應(yīng)器在摩托車上有應(yīng)用價(jià)值和廣泛應(yīng)用。熱反應(yīng)器共六十四頁圖4-49 排氣熱反應(yīng)器 在排氣總管出口處裝有熱反應(yīng)器，它有較大的容積(rngj)和絕熱保溫部分。同時(shí)在排氣門處噴入空氣（即二次空氣），使CO和HC繼續(xù)氧

19、化。共六十四頁 催化劑可提高化學(xué)反應(yīng)速度及降低反應(yīng)起始溫度，而本身在反應(yīng)中不消耗。催化轉(zhuǎn)化器是目前各類排氣后處理技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。 1.催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu) 1）殼體 催化器殼體由不銹鋼板材制成，以防因氧化產(chǎn)生脫皮造成催化劑堵塞(ds)。為保證催化器反應(yīng)溫度及減小對外熱輻射，許多催化器的殼體作成雙層結(jié)構(gòu)。為減少催化器對車底板的高溫輻射或防止進(jìn)入加油站時(shí)催化器熾熱表面引起火災(zāi)，以及避免路面積水飛濺對催化器的激冷損壞和路面飛石造成的撞擊損壞，殼體外還裝有半周或全周隔熱罩。4.2.1.3 催化(cu hu)轉(zhuǎn)化器共六十四頁圖4-50 催化轉(zhuǎn)化器的基本(jbn)結(jié)構(gòu) 催化轉(zhuǎn)化器簡稱(jinchng)

20、催化器，它由殼體、減振層、載體及催化劑涂層四部分組成。而所謂催化劑是指涂層部分或載體和涂層的合稱。催化劑是整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的核心，它決定了催化轉(zhuǎn)化器的主要性能指標(biāo)。因此，在許多文獻(xiàn)上并不嚴(yán)格區(qū)分催化劑和催化轉(zhuǎn)化器的定義。共六十四頁 2）減振層 一般有膨脹墊和鋼絲網(wǎng)墊兩種，起減振、緩解熱應(yīng)力、固定載體(zit)、保溫和密封作用。膨脹墊由膨脹云母(4560)、硅酸鋁纖錐(3045)及粘接劑(613)組成。膨脹墊在第一次受熱時(shí)體積明顯膨脹，而冷卻時(shí)僅部分收縮，這就使金屬殼體與陶瓷載體(zit)間縫隙完全漲死并密封。 3）載體 早期用氧化鋁（Al2O3）制成直徑24mm球狀載體，其氣體流動(dòng)阻力大、載體磨

21、損快，目前已不采用。20世紀(jì)70年代初美國康寧（Coming）公司發(fā)明了蜂窩狀陶瓷載體，陶瓷載體用堇青石（鋁鎂硅酸鹽2MgO2Al2O35SiO2）多為擠壓成型燒結(jié)而成，目前90催化器用陶瓷載體，其余用金屬載體。金屬載體用不銹鋼波紋板卷制而成。共六十四頁圖4-51 催化(cu hu)轉(zhuǎn)化器載體a）球型顆粒(kl)載體催化轉(zhuǎn)化器b）陶瓷蜂窩整體式催化反應(yīng)器c）金屬載體催化轉(zhuǎn)化器共六十四頁表4-1 載體(zit)的主要性能指標(biāo)形狀特性孔道形狀單位面積的單體個(gè)數(shù)62孔/cm2(400孔/in2)62孔/cm2(400孔/in2)幾何表面積38.8(cm2/cm3)26.8(cm2/cm3)開口率90

22、.375.0()材料特性材料不銹鋼堇青石導(dǎo)熱系數(shù)16.710-2J/(ScmK)12.510-3J/(ScmK)熱膨脹系數(shù)11.010-6(1/K)0.610-6(1/K)比熱容0.50J/(gK)0.84J/(gK)共六十四頁 由表4-1，陶瓷載體熱膨脹系數(shù)低、溫升迅速、背壓低、振動(dòng)磨損小、體積小，設(shè)計(jì)靈活性大。金屬載體幾何表面積大、流通阻力小、加熱快和機(jī)械強(qiáng)度高，但成本高，目前主要用在控制冷起動(dòng)(q dn)排放的緊湊耦合催化器和摩托車用催化器。 加大載體孔密度可提高反應(yīng)表面積，孔密度一般為200600cpi（孔/in2）。目前最常用的陶瓷載體是400cpi，而900甚至1200cpi及壁厚

23、0.05mm的陶瓷載體最近已開發(fā)成功。 共六十四頁 4）涂層 如圖4-48，在載體孔道壁面涂有一層疏松的活性層（Washcoat），即催化劑涂層。它以-Al2O3為主，其粗糙多孔的表面使實(shí)際催化反應(yīng)表面積極大的增加。在涂層表面散布著作為活性材料的貴金屬，一般為鉑（Pt）、銠（Rh）和鈀（Pd）及助催化劑成分鈰（Ce）、鋇（Ba）和鑭（La）等稀土或某些賤金屬材料。助催化劑主要用于提高催化劑活性和高溫(gown)穩(wěn)定性。催化劑的活性及耐久性與涂層成分有關(guān)，還與涂層制備工藝密切相關(guān)。 共六十四頁圖4-52 載體及涂層的細(xì)微(xwi)結(jié)構(gòu)共六十四頁 2.催化劑的分類及工作原理 按工作原理不同(b t

24、n)，催化劑可分為氧化型催化劑、還原型催化劑、三效催化劑和稀燃催化劑。目前單純的還原型的催化劑已很少，最常用的氧化型催化劑和三效催化劑的工作原理如下。 氧化型催化器OC （Oxidation Catalyst） 三效催化器TWC (Three Way Catalyst) 在氧化型催化劑中，CO和HC與氧氣(yngq)進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成無害的CO2和H2O，但對NOx基本無效。在三效催化劑中，CO和HC與NOx互為還原劑與氧化劑，生成無害的CO2、H2O及N2。剩余的CO和HC則進(jìn)行氧化型反應(yīng)式的反應(yīng)。 共六十四頁 3.催化劑用貴金屬材料 Pt（鉑）和Pd(鈀）主要用于催化CO和HC的氧化反應(yīng)(

25、fnyng)，Rh（銠）是什么化學(xué)金屬（用于催化NOx的還原反應(yīng)。為滿足催化劑綜合性能指標(biāo)，三種貴金屬往往搭配使用。對氧化催化劑，可單用Pt和Pd，但多數(shù)用Pt/Pd組合配方，其配Pt:Pd=5:2。對于三效催化劑，Pt/Rh系、Pt/Pd/Rh系及Pd/Rh系都有應(yīng)用，但以前者最多。 國際市場價(jià)格Pd:Pt:Rh=1:3:5，在礦石中的比率Pt:Pd:Rh=100:40:8。為綜合利用資源及降低催化劑成本，用Pd替代Pt和Rh甚至全Pd催化劑一直是研究的熱點(diǎn)。 Pd新鮮狀態(tài)活性很好，但其晶格結(jié)構(gòu)易容納雜質(zhì)，因而易被化學(xué)毒化，特別易被Pb（鉛）毒化，同時(shí)易產(chǎn)生高溫劣化，可用改進(jìn)催化劑組分和制造

26、工藝彌補(bǔ)，但對NOx轉(zhuǎn)化率低目前難改善。 共六十四頁圖4-53 不同貴金屬的催化(cu hu)特性（新催化(cu hu)劑） 不同貴金屬對排氣污染物催化凈化效果不同，對CO和HC，三種貴金屬在化學(xué)計(jì)量比（=1）附近都轉(zhuǎn)化率高，在l的稀空燃比區(qū)域(qy)，Rh對HC的轉(zhuǎn)化率低于Pt和Pd。對于NOx的還原，Rh則表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。共六十四頁4.催化(cu hu)轉(zhuǎn)化器性能指標(biāo)1）轉(zhuǎn)化效率催化器的轉(zhuǎn)化效率定義為 式中 i排氣污染物i在催化器中的轉(zhuǎn)化效率； C(i)1排氣污染物i在催化器入口處的濃度； C(i)2排氣污染物i在催化器出口處的濃度。 2）起燃溫度特性(txng) 催化劑轉(zhuǎn)化效率與溫度密

27、切相關(guān)，催化劑只有達(dá)到一定溫度以上才能開始工作（即起燃）。催化劑轉(zhuǎn)化效率隨溫度變化的曲線稱起燃溫度特性。 共六十四頁圖4-54 起燃溫度(wnd)特性 在起燃溫度特性曲線中，而達(dá)到50轉(zhuǎn)化效率時(shí)的溫度稱為起燃溫度T50 。顯然T50越低則冷起動(dòng)時(shí)催化劑起作用的時(shí)間越早，即催化劑起燃溫度特性越好。因此，降低T50一直(yzh)是追求的目標(biāo)。 共六十四頁 3）空燃比特性(txng) 催化劑轉(zhuǎn)化效率與空燃比A/F有關(guān)，其隨空燃比的變化稱催化器空燃比特性（圖4-55）。由圖，三效催化器在化學(xué)計(jì)量比（=1）附近對CO、HC和NOx的轉(zhuǎn)化效率同時(shí)達(dá)到最高，這個(gè)區(qū)間稱為“窗口”（Window）。實(shí)際中為使催

28、化劑能保持在高效窗口內(nèi)工作，需圖4-56的閉環(huán)電控燃油供給系統(tǒng)和氧傳感器。窗口越寬，表示催化劑實(shí)用性能越好，同時(shí)也對電控系統(tǒng)控制精度要求越低。 共六十四頁圖4-55 空燃比特性(txng)共六十四頁圖4-56 閉環(huán)電控系統(tǒng)(xtng)與三效催化器共六十四頁 開環(huán)電子控制燃油供給系統(tǒng)(xtng)無法保證空燃比的精確控制。如圖4-57，其凈化效率平均為60左右，而使用同樣催化劑的閉環(huán)電控系統(tǒng)(xtng)的平均凈化率可達(dá)95。圖4-57 開環(huán)電控與閉環(huán)電控的凈化效果(xiogu)對比共六十四頁 4）催化器流動(dòng)特性 催化器流動(dòng)阻力增大了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，使排氣推出功增加，同樣燃耗輸出的有用功減少，還使殘

29、余廢氣量增大，充氣效率降低，同樣氣缸容積所能利用的燃料化學(xué)能減少。殘余廢氣量的增加，又引起燃燒熱效率下降，這些都使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性降低。 引起催化器壓力損失的主要原因：氣流與催化器殼體壁面的流動(dòng)摩擦；入口(r ku)和出口處局部旋流引起的氣流剪切和變向；載體小孔中的流動(dòng)摩擦。共六十四頁圖4-59 影響催化器流動(dòng)(lidng)阻力的主要因素 從引起催化器壓力損失的原因出發(fā)分析，影響催化器流動(dòng)阻力的因素有以下幾個(gè)方面。 （1）催化器入口擴(kuò)張管和出口收縮管的形狀，影響流速分布和局部旋流形成。 （2）載體孔密度和壁厚 ，影響總流通面積和通道中氣流(qli)形態(tài)。 （3）涂層的厚度，增加了壁厚。 （

30、4）載體的截面積和長度，載體體積相同，截面積小主力大。 （5）催化器入口管和出口管的長度及直徑，制約排氣系統(tǒng)。 （6）流速分布，不均勻引起轉(zhuǎn)化率下降、催化劑劣化加速，及沿徑向熱應(yīng)力分布不均勻度加大。共六十四頁5）催化劑的耐久性 催化劑經(jīng)長期使用后，其性能(xngnng)將發(fā)生劣化，亦稱失活。國外要求新車用催化劑的耐久性，在使用10萬mile（16萬km）后整車排放仍能滿足法規(guī)限值。影響催化劑壽命的因素有四類，即高溫失活、化學(xué)中毒、結(jié)焦與堵塞、機(jī)械損傷。表4-2 車用催化劑的失活機(jī)理(j l)高溫失活化學(xué)中毒結(jié)焦與堵塞機(jī)械損傷 活性組分高溫?zé)Y(jié) 涂層中的Al2O3高 溫下轉(zhuǎn)化為aAl2O3 載體發(fā)生高溫?zé)Y(jié) 第V、族元素