內(nèi)燃機排氣后處理與排放法規(guī)

第四節(jié)內(nèi)燃機的排氣后處理本文檔共66頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\0點3分通過改進內(nèi)燃機本身的設(shè)計和優(yōu)化工作過程來降低污染物的排放，有一定的限度。汽油機：均勻混合氣，即使偏稀混合氣燃燒，CO也有排出，HC由于多種原因，也有排出，至于NOx則是燃燒越完全，生成越多，缸內(nèi)控制NOx也遇到了困難。柴油機：不均勻混合氣壓縮自然的方式，很難從根本上減小微粒的排放，而降低NOx的措施往往與降低微粒排放以及減小燃油消耗相矛盾，實際技術(shù)手段有限時，只能采用折中方案。本文檔共66頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\0點3分排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，又需要兼顧動力性、經(jīng)濟性、排放性的內(nèi)燃機越來越復(fù)雜，成本急劇上升開發(fā)排氣后處理技術(shù)不影響或少影響其它性能的同時，降低排氣污染本文檔共66頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\0點3分現(xiàn)在最成功的排氣后處理裝置是汽油機用的三效催化轉(zhuǎn)換器，它使車用汽油機的CO、HC和NOx排放量削減了80％~90％，現(xiàn)已成為汽油車的必備裝置。車用柴油機的微粒捕集器正在開發(fā)之中，已研制的樣品可降低柴油機微粒排放50％~80％。為了進一步改善汽油機性能和排放，缸內(nèi)直接噴射技術(shù)已經(jīng)成為研究開發(fā)的熱點，同時正在開發(fā)富氧條件下NOx還原的催化技術(shù)，該技術(shù)對于柴油機NOx的凈化同樣意義重大。本文檔共66頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\0點3分一、汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器二、柴油機排氣微粒捕集器本文檔共66頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\0點3分一、汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器1、催化反應(yīng)機理2、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)3、催化轉(zhuǎn)化器的工作特性4、車用三效催化劑的要求5、汽油機排氣后處理之未來本文檔共66頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\0點3分HCCONOxH2OCO2N21、催化反應(yīng)機理氧化還原反應(yīng)，催化劑不參加反應(yīng)，降低反應(yīng)物的活化能，加速反應(yīng)進程本文檔共66頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\0點3分2、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)外殼減振密封墊載體與催化劑本文檔共66頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\0點3分催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)橢圓形本文檔共66頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\0點3分載體與催化劑載體催化劑涂層助催化劑氧化鋁貴金屬Pt,Rh,Pd本文檔共66頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\0點3分不銹鋼外殼催化轉(zhuǎn)化器本文檔共66頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\0點3分催化劑的活性材料三效催化劑的主要活性材料是貴金屬鉑Pt和銠Rh。Pt主要催化CO和HC的氧化反應(yīng)，Rh催化NOx的還原反應(yīng)。一般貴金屬的用量為每升載體1g，Pt/Rh比為5：1左右。由于Pt很貴，也有研究用鈀Pd部分或全部代替Pt。Pd的氧化活性不錯，但其晶體結(jié)構(gòu)容易容納雜質(zhì)，易受雜質(zhì)中毒。為進一步降低成本，正在大力研究用鈣鈦礦型稀土催化劑(或加上過渡金屬氧化物催化劑)代替貴金屬的可能性，但尚未大量用于汽車發(fā)動機。本文檔共66頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\0點3分助催化劑為了改善三效催化劑的性能，除了氧化鋁和貴金屬外，三效催化劑中還可能含有各種各樣的添加劑或助催化劑，如鎳Ni、鈰Ce、鑭La、鋇Ba、鋯Zr、鐵Fe和硅Si等。它們起多種多樣的作用，如加強催化活性、穩(wěn)定載體以及防止貴金屬燒結(jié)等。本文檔共66頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\0點3分近三年來國內(nèi)貴金屬價格變動情況本文檔共66頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\0點3分3、催化轉(zhuǎn)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動特性本文檔共66頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\0點3分空然比特性本文檔共66頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\0點3分起燃特性本文檔共66頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\0點3分空速特性SV也經(jīng)常簡稱空速，主要用于評價催化器的安裝占用空間的程度。顯然，在同樣的排氣流量下，排氣催化轉(zhuǎn)化器所允許的空速SV越大，催化器的體積就越小?；蛘哒f，SV越小，在同樣的排氣流量下，反應(yīng)氣體在催化器中的停留時間越長，轉(zhuǎn)換效率越高。本文檔共66頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\0點3分流動特性擴張角=70度擴張角=60度擴張角=40度本文檔共66頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\0點3分流動特性

催化器入口處流速為26.0m/sN=3000r/m催化器入口處流速為32.0m/sN=4000r/m催化器入口處流速為38.0m/sN=5000r/m催化器入口處流速為43.0m/sN=6000r/m本文檔共66頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\0點3分耐久特性化學(xué)老化熱老化積垢老化機械老化中毒：不可逆吸附或發(fā)生表面反應(yīng)抑制：毒物的競爭可逆吸附毒物導(dǎo)致催化劑表面重構(gòu)發(fā)生載體孔結(jié)構(gòu)的阻塞活性組分的燒結(jié)形成合金載體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化貴金屬-賤金屬的相互作用貴金屬表面重組貴金屬揮發(fā)碳沉積（結(jié)碳）熱沖擊磨損機械破壞

本文檔共66頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\0點3分式中，催化器出、入口濃度分別代表有害氣體（HC、CO、NOx）的濃度?？梢姡D(zhuǎn)換效率表示把HC、CO、NOx等有害氣體轉(zhuǎn)換成無害氣體的百分率。轉(zhuǎn)換效率的測定一般在發(fā)動機試驗臺或裝車試驗中進行。轉(zhuǎn)換效率補充??！本文檔共66頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\0點3分4、車用三效催化劑的要求起燃溫度低；有較高的儲氧能力，以補償Φa的波動；耐高溫，不易熱老化；對雜質(zhì)不敏感，不易中毒；盡量不產(chǎn)生H2S、NH3等物質(zhì)；成本合理。

本文檔共66頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\0點3分5、汽油機排氣后處理之未來本文檔共66頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\0點3分載體技術(shù)——催化器新型載體目前，也有用金屬作為催化劑的載體材料。一般用厚度不超過0．1mm的極薄不銹鋼帶，一層帶波紋一層不帶波紋地交替疊合，卷成螺線形或S形，焊裝在金屬圓筒內(nèi)。這種載體的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，熱容量小，有利于提高內(nèi)燃機冷起動時的凈化效果，機械強度和熱強度高，工作可靠；缺點是質(zhì)量大，成本高，涂敷活性層困難。它一般做成小的，安裝在陶瓷主催化轉(zhuǎn)化器前，用來改善冷起動凈化性能，或用于振動較大的場合，如摩托車。本文檔共66頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\0點3分快速起燃技術(shù)——電加熱催化轉(zhuǎn)化器

EHC—ElectricHeatedCatalyst本文檔共66頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\0點3分快速起燃技術(shù)——緊耦合型催化轉(zhuǎn)化器本文檔共66頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\0點3分NOx吸附還原技術(shù)——吸附過程本文檔共66頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\0點3分——還原過程本文檔共66頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\0點3分柴油機機后凈化措施

氧化催化器（DOC）

微粒捕集器（DPF）稀NOX催化還原器（LNC）NOX吸附器（LNT）選擇性催化還原器（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第四節(jié)、柴油機機后凈化措施

本文檔共66頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\0點3分不同國家不同排放標(biāo)準(zhǔn)下對于柴油機的應(yīng)對措施

柴油機排放綜合控制技術(shù)（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本文檔共66頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\0點3分二、柴油機排氣微粒捕集器微粒捕集器主要用于凈化柴油機排氣中的微粒目前正在開發(fā)的微粒捕集器有體積型和表面型兩大類，前者被捕集的微粒沉積在過濾材料體內(nèi)，后者則大部分沉積在表面上。體積型微粒捕集器的濾芯用泡沫陶瓷、鋼絲棉或陶瓷纖維筒等較疏松的材料制成。它們受熱均勻，在熱再生過程中不易損壞，但捕集效率不高，一般在50％一70％之間，特別在氣流速度較高時效率下降；另一個缺點是阻力大，因而緊湊性不好。表面型微粒捕集器主要用與汽油機三效催化劑整體蜂窩陶瓷載體類似的堇青石蜂窩陶瓷塊作為濾芯。柴油機微粒再生技術(shù)是微粒捕集器應(yīng)用的關(guān)鍵。本文檔共66頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\0點3分主要內(nèi)容1、微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理2、微粒捕集器的再生方法3、柴油機排氣后處理之未來本文檔共66頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\0點3分1、微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理

本文檔共66頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\0點3分體積型微粒捕集器的結(jié)構(gòu)陶瓷纖維纏繞微粒捕集結(jié)構(gòu)原理進口出口本文檔共66頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\0點3分表面型（壁流式）微粒捕集原理本文檔共66頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\0點3分本文檔共66頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\0點3分典型的微粒捕集裝置OutletSectionFilterSectionCatalystSectionInletSectionV-Clamps本文檔共66頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\0點3分微粒捕集系統(tǒng)車載安裝圖CRTbehindheatshieldInlettoCRTTemperatureandBackpressureportfordatacollectionDDECTemperaturePortOutletofCRT本文檔共66頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\0點3分試驗后的微粒捕集器進口出口本文檔共66頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期二\0點3分試驗后微粒捕集器外殼進口部分出口部分本文檔共66頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\0點3分2、微粒捕集器的再生方法l噴油助燃再生l電加熱再生l微波加熱再生l催化再生l連續(xù)再生l添加劑再生l進氣節(jié)流再生l排氣節(jié)流再生l后燃再生l逆向噴氣再生l機械振動再生利用外部熱源再生（主動再生）降低微?；罨茉偕ū粍釉偕├冒l(fā)動機熱能再生（主動再生）非加熱機械式再生（主動再生）再生方法本文檔共66頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\0點3分陶瓷纖維纏繞微粒捕集及催化再生過程再生前再生開始再生結(jié)束再生中本文檔共66頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\0點3分電加熱再生本文檔共66頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期二\0點3分噴油助燃再生本文檔共66頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期二\0點3分微波加熱再生本文檔共66頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\0點3分3、柴油機排氣后處理之未來本文檔共66頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期二\0點3分壁流陶瓷捕集器的進一步研究——增加捕集容量、延長再生周期本文檔共66頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\0點3分過流式微粒捕集原理__減小捕集量，延長使用時間本文檔共66頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期二\0點3分連續(xù)再生Pt催化劑DPF發(fā)動機排氣凈化后排氣NO+O2→NO2C+NO2→CO2+N2C+O2→CO2InletSectionCatalystSectionFilterSectionOutletSectionHoneycombCatalystWall-flowFilter本文檔共66頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\0點3分柴油機排氣四效凈化技術(shù)本文檔共66頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\0點3分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本文檔共66頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\0點3分第五節(jié)排放法規(guī)一、排放測試規(guī)范二、取樣系統(tǒng)三、測量技術(shù)簡介四、排放限值本文檔共66頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期二\0點3分一、排放測試規(guī)范整車測試方法（km/h）臺架測試方法(g/(kW.h))FTP測試循環(huán)日本測試循環(huán)ECE測試循環(huán)R49測試循環(huán)歐洲穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)本文檔共66頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期二\0點3分美國FTP城市行駛工況圖本文檔共66頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期二\0點3分日本10·15工況循環(huán)本文檔共66頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期二\0點3分ECE行駛工況試驗循環(huán)本文檔共66頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期二\0點3分ECER49標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)本文檔共66頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期二\0點3分歐洲穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)本文檔共66頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期二\0點3分二、取樣系統(tǒng)（CVS）S1、S2—取樣探頭F—濾清器P—取樣泵N—流量控制閥FL—流量計V—快速動作閥Q—氣密式快速緊固接頭BA—環(huán)境空氣取樣袋BE—稀釋排氣取樣袋本文檔共66頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期二\0點3分三、測量技術(shù)CO不分光紅外線吸收型分析儀（NDIR）

HC氫火焰離子型分析儀（FID）NOx化學(xué)發(fā)光型分析儀（CLD）PM稱重法

本文檔共66頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期二\0點3分不分光紅外線吸收型分析儀（NDIR）

由光源發(fā)出兩束能量相等的平行紅外線，其波長為2～7μm，進入左右兩室，左室為基準(zhǔn)室，充滿不吸收紅外線的標(biāo)準(zhǔn)氣體如N2，右室為分析室，測量開始前也充入與左室相同的氣體，這樣紅外線穿過兩室，射入檢測電容器的能量相等。測量時將待測氣體通過分析室，由于待測氣體吸收紅外線，