特别是铅微粒,因无法燃烧,一旦被吸附在催化剂的表面上,便令三元催化净化器丧失催化功能,此即为三元催化净化器的铅中毒。
2汽车废气排放物的影响因素
汽车废气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多,主要为可燃混合气的空燃比,点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。
2.1 可燃混合气空燃比的影响
空燃比(A/F)对CO、HC和NOx的影响见图1。在理论空燃比附近,CO曲线有一个拐点,当A/F减少时,可燃混合气过浓,燃油无法充分燃烧,CO生成物便急剧增加;当A/F增大时,氧含量充足,燃油可以充分燃烧,使CO生成量减少,而且比较稳定。
图1 空燃比对有害气体的影响
HC曲线在A/F为17~18附近有一个拐点,此时废气中的HC含量最低。除此之外,HC的生成量都有所增加。其原因是当A/F少于17时,混合气过浓,燃烧不彻底,当A/F大于18时,混合气过稀,
5
燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象,HC都会增加。 NO曲线在A/F为15~16附近有一个波峰,此时生成的NO量最多,除此之外,过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。
2.2点火提前角的影响
点火提前角对CO的生成量影响不大,但对HC和NOx的影响较大,其结果分别见图2和图3。
图2 点火提前角对HC的影响 图3 点火提前角对NOx的影响
由图2和图3可看出,随着点火提前角的增大,HC和NOx生成物都会急剧增加,其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关,当点火提前角增大到一定值后,由于燃烧时间过短,HC和NOx生成量便有所下降。当然,正确的调整点火正时是非常必要的,过迟的点火提前角会使发动机动力下降,油耗增大,工作不稳。
6
2.3 发动机转速和负荷的影响
由于NOx是高温燃烧时的生成物,当发动机的转速和负荷提高时,使气缸的燃烧温度升高,NOx生成量随之增大,CO和HC的生成量稍有增加,但影响较小。
碳微粒的影响因素主要有空燃比、发动机的温度、转速和负荷以及燃烧室的形状,燃油的雾化情况等。空燃比过浓,温度过低,均不利于燃油的雾化和燃烧,使碳微粒生成量增加;发动机转速和负荷增大,使燃烧温度提高,有利于完全燃烧,使碳微粒的生成量减少。
SO2和Pb微粒的生成主要与燃油中的含硫量和铅化合物的加入量有关。因此,往往对燃油中的最大含硫量作了限制,推行使用无铅汽油。
3汽车废气污染物的控制和治理
随着环保意识的加强,欧、美、日等一些发达国家对废气排放污染的限制越来越严格,各汽车生产厂都投入巨额资金开展废气污染物的控制研究,早于90年代初,汽油车已基本上普遍采用了电控燃油喷射发动机,使废气中的有害气体大为减少,动力性和燃料经济性均有所提高,再加上其他多种措施的综合应用,使汽油车的废气污染得到了有效的控制。柴油车用的电控燃油喷射发动机也正在研制,但进入实用阶段尚为时过早。目前,国外对于废气排放的控制和治理主要有如下几种措施。
(1)废气再循环。已查明NOx是燃油在高温燃烧中的生成物。废
7
气再循环就是根据发动机的不同工况,将废气中的一部分(3%~15%)引入燃烧室,用以降低气缸的燃烧和温度速度,从而进一步减少NOx的排放量。
(2)二次空气供给。二次空气供给系统是在排气管的上段设置一个反应器,通过空气泵、控制阀、单向阀和喷射管等引入适量的新鲜空气,在高温下,令CO和HC在热反应器内继续燃烧(生成H2O和CO2),从而进一步减少了CO和HC的排放量。有的发动机则向三元催化器提供二次新鲜空气,以使CO和HC在催化器内获得更充分的氧化反应(燃烧)。
(3)三元催化净化装置。三元催化净化器的催化剂为铂、铑、钯和钌等贵金属,其载体的形状分为粒状和片状。根据生产工艺的方便性,后者的应用较广泛。 铂和钯为氧化剂,使CO和HC发生氧化反应,生成CO2和H2O。铑为还原剂,使NOx脱氧,还原成N2并释放出O。后者正好为CO和HC的氧化提供了充分的条件。 三元催化净化器的工作特性是要求发动机处于理论空燃比状态下工作时,才表现出良好的净化效果(见图5)。现代电控燃油喷射发动机的电控系统为了实现对理论空燃比的监测和控制而应用了能检测废气中氧残留量的氧传感器,电控系统接收到氧传感器反馈的信号后便及时调整喷油量,使发动机工作处于理论空燃比状态,从而实现了燃油喷射的“闭环”控制。三元催化净化器的最佳工作温度为400~800℃,如果同时不配合使用氧传感器时,则很快就会出现早期损坏,寿命大大缩短。
8
图5 空燃比与净化率的关系
稀土金属也同样具有贵金属的一些特性,用它制成的催化净化器,虽然效果比贵金属差,但价格便宜得多。而我国的资源相当丰富,目前这方面的开发研制已取得了令人振奋的效果。
(4)无铅汽油。汽油中加入千分之0.1~0.4g四乙铅后便可大大提高汽油的抗爆性能,有利于减少机件的损坏,但铅对人体的毒害非常大,同时也会使三元净化器中毒而早期失效,所以世界各国已严格限制含铅汽油的生产和使用。
我国一直在长期使用含铅汽油,可喜的是,我国已决定2000年将全面禁止生产和销售含铅汽油,推动汽油标号升级。目前北京、上海、广州、深圳等20多个城市已禁止含铅汽油的销售和使用,为全国推广无铅汽油的使用迈出了第一步。
(5)低硫份柴油。硫主要存留于柴油中,燃烧后生成毒性极大的SO2。美、欧、日等国家对柴油中的含硫量要求非常严格,限值为0.05%~0.10%。而我国的炼油技术相对来说较为落后,限值为0.5%左右,与国外的差距甚大。因此,努力提高我国的炼油技术,降低柴油中的含硫量已成为炼油行业的重要任务。
9
相关推荐: