汽车尾气处理装置

前面的文章里已经介绍了汽油发动机（SI），柴油发动机（CI），以及汽油缸内直喷发动机（GDI）的产生的不同污染物，其生成原理与主要影响因素。既然已经尽最大可能去优化发动机，改善提高其燃烧效率，尽可能的减少污染物的生成，但是不可避免这些污染物还是会产生，所以使用尾气处理装置使用催化剂等化学元素来转化这些污染物，使之成为无污染的气体。使排出的尾气标准可以符合越来越严苛的法规标准。

今天这篇文章先来介绍汽油发动机的尾气处理装置—三元催化器（three way catalyst）。

汽油发动机排出的污染气体主要有三种，一氧化碳（CO），碳氢化合物（HC），氮氧化物（NOX），之所以称之为三元的意思就是它能同时将这三种污染物转化。当然任何的转化都是有效率的，也都是有条件的，对于催化剂来说，两个最重要的因素，空燃比（A/F）和温度（T）。

其转化效率图如下图所示：

从图上阴影可看出，只有在理想空燃比时，这三种污染物的转化效率才会相对同时最高。

起燃温度（light-off temperature）

温度对催化剂来说很重要，只有达到合适的温度，才能使化学反应的速率达到最高。这也是为什么在汽车尾气排放检测中，冷启动时收集到的气体是很重要的一项检查，因为发动机刚启动，排气温度低，催化剂活性较低，污染物无法高效转化。

基底载体（substrate）

催化剂的基底形似马蜂窝状，为的是在有效的空间内，尽可能大的增加与废气的有效接触面积。就像这个样子。孔的密度不同，反应效果也不同。

载体需要有以下特点：

• 可以承受高温 （T >1200 度）

• 结构强度要合适

• 密度要小

• 热膨胀系数要小

• 与涂层的兼容性要好

• 低成本

涂层（washcoat）

涂层的作用就是可以让催化剂附着于上，主要物质氧化铝（AL2O3）。涂层材料要有好的比表面积（specificsurface area），和热稳定性（thermalstability）。

贵金属（precious metal）

重中之重，整个催化器中最重要的东西就是这几种贵金属。最常见的催化剂是铂族金属（platinum group metals PGM）.包括铂（白金，platinum），钯（钯金，palladium），铑（rhodium）。

前两种贵金属主要用于氧化反应，转化CO和HC， 第三种主要用于转化氮氧化物NOX。

各个汽车厂家都在想办法如何降低催化器起燃温度，扩宽反应窗口。从而减少在汽车冷启动阶段时排出的污染气体。从催化器的安装位置，贵金属的混合比例，改变催化器形状结构，附加元件的使用（比如电加热）等等等等，

比如前置催化器（closecoupled catalyst--CCC）.让催化器紧挨着发动机排气口。这种布置可以让车在欧洲行驶循环测试（NEDC）中20秒内达到起燃温度。从而可以减少50％的碳氢化合物排放。

再比如利用电流预加热。碳氢化合物（HC）可减少20％至60％。

科技在进步，技术越来越成熟，相信将来会有更为先进的催化器面世。