汽車作為現代化交通工具,在給人們的生產與生活帶來方便的同時,它排放的尾氣,給大氣環境造成了嚴重污染。因此,我們必須加強和提高對保護環境的意識。根據尾氣污染物的形成機理,提出研究凈化廢氣中的主要有害成分co、ch、nox和so2的方法。本論文講述了當今世界主流的兩種尾氣后處理系統，詳細講述了汽油機和柴油機的處理方式。
汽車尾氣凈化三元催化污染
前言
汽車雖然是21世紀重要的交通工具，但他有許多弊端。汽車尾氣污染是由汽車排放的廢氣造成的環境污染。可以說，汽車是一個流動的污染源。在世界各國，汽車污染早已不是新話題。20世紀40年代以來，光化學煙霧事件在美國洛杉磯、日本東京汽車排氣管排出內燃機廢氣等城市多次發生，造成不少人員傷亡和巨大的經濟損失
進入21世紀，汽車污染日益成為全球性問題。隨著汽車數量越來越多、使用范圍越來越廣，它對世界環境的負面效應也越來越大，尤其是危害城市環境，引發呼吸系統疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應，使城市環境轉向惡化。有關專家統計，到21世紀初，汽車排放的尾氣占了大氣污染的30～60%。隨著機動車的增加，尾氣污染有愈演愈烈之勢，由局部性轉變成連續性和累積性，而各國城市市民則成為汽車尾氣污染的直接受害者。
1.當前世界上主流的尾氣后處理系統
由于汽油機和柴油機尾氣特征的不同，兩者的尾氣后處理技術有著很大的差別。
1.1汽油機尾氣后處理技術路線
汽油機尾氣排放特征:常規污染物為hc，co，nox，尾氣溫度有時超過1000℃以上，高空速（30,000－100,000h-1）,高水蒸氣（10％左右）濃度和sox存在的條件下具有高活性和10萬公里耐久性要求,且要求低貴金屬。
目前國際上普遍采用的滿足歐ⅳ及以上排放標準的汽油機尾氣凈化技術路線為密偶催化劑（ccc）+三元催化劑(twc)。
靠近發動機、解決發動機冷啟動時尾氣排放。主要功能是降低冷啟動時hc的排放量,大部分hc是冷啟動時排出的,這時催化劑未達到起燃溫度不能進行反應和發動機啟動時處于富油工況，氧化過程因貧氧而不完全。其關鍵是催化劑的低溫活性、高溫穩定性、抑制co的轉化和hc的高轉化率。
2）三元催化劑（twc）：
1.2柴油機尾氣后處理技術路線
柴油機尾氣排放特征：排放污染物為co、hc、nox、pm四種；排放溫度低（200-450℃），o2過量，高空速（30,000-100,000h-1）和sox存在。
由于hc和co的含量較汽油機低，故柴油機尾氣凈化的重點在于nox和pm這兩種成分，二者是此消彼長的關系。目前滿足歐ⅳ排放標準的柴油機尾氣凈化技術路線有如下幾種：
1）egr（廢氣再循環系統）+doc（柴油催化氧化器）
doc功能為：氧化hc和co；氧化pm中的可溶性有機物（sof）；部分氧化pm中的碳顆粒(soot)，起燃溫度很低。該系統通過滯后噴油配合egr技術降低nox。
2）egr+doc+dpf（微粒捕集器）
dpf為一般為壁流式微粒捕集器，有sic和堇青石兩種，sic耐熱震性能好，價格高，制備困難，堇青石價格較低，耐熱震不如sic。dpf能降低pm80%-95%，pm的凈化效率是四種技術路線中高的，但需另加再生裝置，否則會使dpf堵塞。
3）egr+doc+poc（顆粒催化氧化器）
poc可以捕捉并氧化部分顆粒物，其結構是使廢氣通過一個多皺褶而不堵塞的通道，排氣阻力小，可降低顆粒物中可揮發的有機成分，對顆粒物的轉化效率可達到60%以上。poc與doc配合使用，doc為poc提供較高的再生溫度（250°c-500°c），可實現連續被動再生
4）scr（選擇性催化還原）
該系統通過噴油提前達到機內凈化pm的目的，然后利用尿素溶液對nox進行機外催化凈化，反應溫度在200°c以上，復合氧化物低溫scr催化劑起燃溫度能達到150°c以下。系統使用尿素與水混合成32.5%的溶液。這種溶液公認的工業商品名稱是adblue。其成分在din標準no.70070中有規定。固體或水溶液中的尿素（adblue）被分類為非危險品。adblue是一種透明液體，有淡淡的氨水氣味。如果濺出，水分蒸發，形成結晶。
該系統結構圖如下，adblue存儲在一個安裝在底盤上的尿素罐中。尿素罐向安裝在底盤上的定量給料單元(du)供應溶液。du由發動機控制模塊(ecm)控制。du使用來自車輛系統的壓縮空氣來產生adblue噴霧，通過非常精的計量和泵送系統輸送到發動機排氣系統內的噴嘴處。噴入排氣中的adblue數量由ecm控制，在任意轉速和負載狀況下都能與發動機的nox輸出相匹配。當與高溫排氣接觸時，水迅速蒸發，尿素變成氨。氨與nox在催化器內反應，這一過程的結果就是從排氣管中排放出無害的n2和h2o。
該系統中能夠有效地減少汽車尾氣中的含量，降低由于nox所引起的污染。但是scr系統存在不少的不足之處，導致其普及率不高。
(1)scr系統安裝復雜，設備成本較高，而且必須在汽車出廠前進行安裝；
(2)scr系統需要消耗由尿素配成的adblue溶液，使得汽車使用成本大大上升，尿素的生產消耗也會引起二級污染；
(3)scr系統對于汽車尾氣中的co、ch、微粒等污染物沒有效果、必須加裝其它凈化設備；
(4)scr系統對汽車智能要求較高，容易引起發動機無法點火。
2.三元催化轉化器轉化效率的影響因素
2.1溫度的影響
每一種催化劑都有其活性溫度的上限和下限，溫度過高可加快催化劑表面結晶長大，表面積減小，使其活性下降，嚴重者會產生裂變，使催化劑喪失活性；溫度過低，催化活性則不能發揮。發動機的排氣溫度直接影響著催化轉化器內的反應溫度。
2.2空速的影響
空速(即空間速度，sv，space velocity)為每小時流過催化劑的排氣體積流量(換算到標準狀態)與催化劑容積之比，其單位為h-1。空速的大小實際上表示了反應氣體在催化劑中的停留時間t（單位一般為s）。對于同樣的催化劑，在一定條件下，發動機轉速大則空速增大，停留時間短，轉化率低；相反，發動機轉速小則空速降低，停留時間長，其轉化率可提高。
2.3排放濃度的影響
排放濃度是指催化轉化器入口處污染物的濃度。對汽油機來說，co和hc的排放濃度在低轉速、低負荷時高，在高轉速、高負荷時則較低。在某一確定的工況下，催化轉化器進口處排放濃度高時轉化效率相對較低，進口處排放濃度低時則轉化效率相對較高。
2.4空燃比的影響
當twc工作在空燃比為理論空燃比附近時，才能同時使co,hc氧化和nox還原的轉化效率都較高。為了保空燃比的控制，發動機一般采用由氧傳感器作為回饋組件的空燃比回饋(死循環)電控系統。
2.5燃油和潤滑油的品質
汽油中含的鉛和潤滑油及其添加劑中含的硫、鋅、磷等元素易與催化劑活性材料發生反應使其發生相變或覆蓋在催化劑活性表面造成催化轉化器中毒失效。有實驗表明：僅一箱含鉛汽油就會使一個新裝twc失效。故使用中應選用無鉛汽油或含硫、鋅、磷低的潤滑油。 |
