摩托车排放污染的控制方法

carbox

　降低摩托车尾气排放的方法主要有机内净化和机外净化两种。机内净化是通过稀薄燃烧、电喷等方法控制发动机的燃气空燃比，来降低发动机的原机排放，这种方法成本较高。机外净化是不对发动机原机燃烧作较大的改善，仅在排气系统采取二次补气技术或催化剂技术，以降低尾气排放，这种方法成本低，对发动机性能影响较小。虽然摩托车发动机的最高工作温度较低，燃烧产生的NOX较少，但HC和CO的排放量却相当高。由于车用发动机的特殊性，仅靠发动机前处理、机内净化及改进燃烧等措施，已不能满足日益严格的排放法规要求。催化转化技术和二次空气供给技术作为降低机动车排气污染的后处理有效措施之一，已越来越受到企业的重视。

　　一、催化转化技术

　　催化转化技术是采用在排气管内加装催化转化器，将废气中的有害气体转化为无害成分，从而降低排放。催化转化器由金属壳体、垫层、催化剂载体和催化剂组成。目前国内摩托车大多采用二元催化转化器，它利用附在金属（或陶瓷）载体上的氧化型催化剂的催化作用，将尾气中的HC和CO氧化成H2O和CO2，从而降低排放，但对NOX的净化效果甚微。

　　1、摩托车排气催化转化器的设计要求

　　（1）具备三元催化转化功能。配合适量的二次空气补给，对排气中的CO和HC有较强的氧化能力，使之转化为CO2和H2O，也要有一定的还原能力，使NOX还原成N2。
　　（2）具有良好的排气动力效应。加装了排气催化转化器后，和原车相比其动力性和燃油经济性不应有太大变化，一般要求功率损失和比油耗增加不超过5%
　　（3）对原车的噪声水平影响不大。
　　（4）具有较好的耐振性、耐热冲击性。
　　（5）具有较长的使用寿命。
　　（6）外表漂亮美观，能对整车起一定的装饰作用。
　　（7）高温部位采用一定的隔热措施，以免烫伤驾驶员和乘员。

2、催化剂的选择

　　结合我国摩托车的特点，由于化油器式燃料供给方式居多，因此空燃比控制精度低，这就要求催化剂能在较宽的空燃比范围内都有较高的转化效率。对于二冲程摩托车来说，要求催化剂对CO、HC的净化效果好，且起燃温度低；对于四冲程摩托车来说，则要求催化剂对CO的净化效果高，同时要兼顾HC和NOX。另外，其相对于整车的成本增加不应太高。

　　三元催化剂一般由贵金属（铂、钯、锗等）、助催化剂（CeO2等稀土氧化物）和活性层x-Al2O3组成。贵金属中的铂、钯对CO、HC有很好的氧化催化活性，而锗则对NOX有较好的还原性能，且低温活性较好。但是贵金属催化剂也有缺点，即成本较高、高温时易发生烧结现象、易受铅中毒。稀土金属氧化物则具有较宽的工作温度范围和良好的抗铅、硫中毒特性，加上我国稀土资源丰富，价格较便宜，因此主要用稀土、过渡金属热门氧化物、沸石粉和拟薄水铝石粉的陶质活性层制成三元催化剂，贵金属用量极少。稀土氧化物本身在催化反应中没有活性，但它与过渡金属氧化物催化剂相结合能显著提高活性，节约贵金属。除此之外稀土氧化物还具有提高Al2O3活性层耐热性能的作用，因此它不仅避免了稀土催化剂的某些缺陷，又复合了贵金属的优良特性，比较适合我国国情。

3、载体的选择

　　催化剂一般都涂抹在称之为载体的物体上，使催化剂成为具有保持有催化作用的催化剂层。在载体的选择上，有以下三个问题需要注意：
（1）载体的材料。现在使用的催化剂载体主要是陶瓷载体和金属载体，其具体参数的比较见表1。





　　金属载体与陶瓷载体相比有以下优点：①和排出气体的接触几何表面积大，有利于催化反应；②热容性小，起燃快；③强度高，耐振性和耐热冲击性好，且易于布置；④流通阻力小，对发动机性能的影响小；⑤物体的热传导好，可延缓催化剂的热老化，具有较长的使用寿命。因此摩托车排气催化转化器大多数采用金属载体。

　　（2）载体的形状。分为颗粒式和整体式。颗粒式由于其流动阻力大，应用得比较少；整体式陶瓷载体则都是蜂窝状，孔多为格子状，也有圆形的等。金属载体通常做成蜂窝、网板或热管状，孔多为波纹状。

　　（3）载体的体积。载体的体积影响到催化转化器的空间速度SV。SV（h-1）=催化器的排出气体流量（L/h）/催化器的体积（L）。SV简称空速，主要用于评价催化转化器安装时占用空间的程度。在同样的排气流量下，催化转化器所允许的SV越大，催化转化器的体积就可以越小。或者说，SV越小，在同样的排气流量下，反应气体在催化剂中的停留时间越长，转换效率越高。

4、催化转化器总成的封装技术


　　在催化转化反应中，温度不仅对反应物的平衡反应率和反应速度影响最大，而且对催化剂性能的发挥也有很大的影响。无论是放热反应或是吸热反应，都应该在尽可能高的温度下进行，以加快反应速度，获得较高的反应率。对每一种催化剂，都有其活性温度的上限和下限，温度过高会加快催化剂表面结晶长大，致活性下降，严重者会丧失活性；温度过低，其催化活性不能发挥。故一般情况下，生产厂家均将催化转化器放在高温区，同时其表面温度有时可能超过450℃，严重影响附近零部件的寿命，甚至失火。因此需要催化转化器总成具有良好的隔热措施。


　　另一方面，摩托车振动大，冷热冲击强烈，若采用陶瓷载体，则经常发生破损，也需要催化转化器总成具有良好的减振方法。同时应考虑到催化转化器总成的壳体与催化剂载体在材料热胀性能、抗高温能力、装配时所能承受的压力等方面的差异，因此在二者之间增加陶瓷衬垫，一般要求衬垫封装后的厚度减小到70%左右。


　　5、结论


　　运用上面技术对下表中的车型改造后可以明显看到他们的作用。




二、二次空气供给技术
二次空气供给系统是将新鲜的空气直接输入到高温的排气中，促使废气中的HC和CO在排气系统内氧化为H2O和CO2。目前国内多采用热反应器与二次空气喷射装置一起使用，通过提供高温和富氧条件，使废气中的HC和CO再氧化或燃烧，从而改善排放。此装置曾在汽车上应用过，目前已被淘汰。由于摩托车的排放后处理装置要求结构简单、成本低廉，并且摩托车的主要排放污染物是HC和CO，因而该装置在摩托车上尚有一定的应用价值。
1、组成
二次补气装置由缸头、进气管、补气钢管、补气阀、补气软管、空滤器和负压管组成。补气阀又由单向阀和负压控制阀两部分组成，在原始状态下，单向阀处于常关状态，负压控制阀处于常开状态。
2、装配关系
如下图所示，缸头的排气道上新增了一个补气口，补气钢管与缸头补气口连接，补气阀与补气钢管连接，用补气软管将补气阀与空滤器连接，用负压管将进气管与补气阀连接。为了满足国家排放标准的要求，将发动机曲轴箱通气口串接油气分离器，再接到空滤器上，从而避免了曲轴箱的废气直接排入大气对环境造成污染。
3、工作原理

　　发动机运转时，缸头排气道中的排气压力随着发动机的工作循环变化而脉动。当排气门打开时，气缸内的高温高压废气迅速进入排气管中，压力开始升高，在排气管中产生一个高压脉冲，即有正压波产生，这时补气阀中的单向阀处于关闭状态，避免了高温排气逆流烧坏补气阀及管线。此脉冲波沿排气管道向前传播，当正压波在管道截面逐渐增加的排气管道内传播时，气体密度下降，因而就产生一个负压波返回。在排气管内靠近补气管的位置形成一个负压，这时单向阀的一边是大气压，一边是负压，补气单向阀在压差的作用下打开，使新鲜空气通过空滤器、补气软管、补气阀和补气钢管到缸头排气道中，为排气中的有害气体CO、HC氧化提供了较充分的氧气。

　　当摩托车高速行驶而突然减油时，化油器节气门接近关闭，而摩托车的行驶惯量较大，驱驶发动机高速运转，这时发动机进气不充分，氧气不足，燃烧缓慢，在消声器中有后燃趋势，如果在这种情况下仍然补气，将造成在消声器中后燃而产生严重放炮。为避免放炮，补气阀中的负压控制阀将隔断补气气路。当摩托车高速行驶而突然减油时，进气管中负压较大，并通过负压管传递给负压控制阀的控制腔，在压差的作用下，阀芯随膜片克服弹簧弹力向关闭方向移动关闭气路，停止补气。

　　三、二次补气结合催化转化器

　　二次空气喷射系统与催化器的合理匹配是控制摩托车排放的关键所在。摩托车用催化器与汽车催化器外表不同，系统可以包括一个简单的热管（呈喇叭形，内表面涂敷催化剂）或整体式催化器。二冲程摩托车所采用的消声器一般已经包括催化剂处理装置，即将催化器装在消声器中，称为净化消声器。催化器的性能优良与否对整个系统有着很大的影响。通过试验可以得到：

　　1、催化转化器对汽油机排放的CO和HC有良好的净化效果。随着二次空气量的增加，CO和HC的排放浓度大幅度降低，但当补气量达到一定时，降低趋势减缓，甚至稍有升高。

　　2、二次空气补气量以100%~160%为宜。补气量太大会使CO和HC的净化效果趋缓，因为过量的空气喷射到排气管中会使排气温度降低，并使催化剂与反应物之间的接触时间减少。

猪栏桥

强贴啊，亲爱的秀才

sunburnt

好。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

xxx

“当正压波在管道截面逐渐增加的排气管道内传播时，气体密度下降，因而就产生一个负压波返回。在排气管内靠近补气管的位置形成一个负压”
请教：补气的这个负压最大能有多大？？这个负压到多大时补气阀打开？？

pjcucumber

hao  dongxi

bevis

直托用电喷来控制比较容易吧~~~

zhanglei850330

中国的工业就是先污染后治理,要改变这种形式要大家的长久努力.

00197

不错，希望多见到类似的文章

洛阳关哥

写的还可以 不错啦