在美国的公路上有上百万辆汽车，每辆汽车都是潜在的空气污染源。特别是在大城市，所有汽车所造成的污染加在一起就成为一个大问题。
要解决这些问题，城市、州和联邦政府制订了“清洁空气法”，并且颁布了许多法律来限制允许汽车产生的污染量。为了达到这些法律所要求的标准，汽车制造商已经对汽车发动机和燃油系统进行了许多改进。为了帮助进一步减少汽车尾气排放，他们已经开发出一个全新的设备——催化式尾气净化器，它可以在废气排出汽车之前对其进行处理，从而大大减少废气对大气的污染。
催化式尾气净化器在汽车中的位置
通过本文，您将了解到发动机所产生的是哪些污染物质及其产生原因，以及催化式尾气净化器是如何处理这些污染物的。催化式尾气净化器是非常简单的设备，以至于让人难以相信它竟会产生如此显著的效果！
为了减少尾气排放，现代的汽车发动机都特别注意燃油量的控制。他们试图使空气与燃油的比率非常接近于化学计量点（当量点），也就是计算出的空气与燃油的理想比率。从理论上讲，当达到这个比率时，全部燃油烧尽时将用掉空气中的全部氧气。汽油的化学计量比约为 14.7:1，也就是说一磅汽油将要燃烧 14.7 磅空气。当驾驶汽车时，可燃混合物实际上与理想比率相差很大。有时混合气体中的含油量会低（空气对燃油比高于 14.7），而其它时候，混合气体中的含油量会高（空气对燃油比低于 14.7）。汽车发动机的主要排放物是：
- 氮气（N2）——空气中 78% 是氮气，其中绝大多数经过汽车发动机直接排放出去。
- 二氧化碳（CO2）——这是燃烧的产物。燃油中的碳与空气中的氧结合在一起。
- 水蒸汽（H2O）——这是燃烧的另一产物。由燃油中的氢与空气中的氧结合在一起生成。
这些排放物大多数是无害的（虽然所排放的二氧化碳气体被认为是导致全球温室效应的原因）。但是因为燃烧过程不可能是完全的，汽车发动机也会产生较少量危害性更大的排放物：
- 一氧化碳（CO）——这是一种无色无味的有毒气体
- 碳氢化合物或挥发性有机化合物（VOC）——多数是由未燃烧的燃油挥发后产生的，经阳光分解后形成氧化剂，然后与氮氧化物反应形成地面层臭氧（O3），这是烟雾的主要成份。
- 氮氧化物（NO 和 NO2，统称为 Nox）——会产生烟雾和酸雨，同时也会导致人的粘膜发炎
这些就是需要重点控制的排放物，同时也是催化式尾气净化器所要控制和消除的。
大多数现代汽车都装备了三元催化式尾气净化器。所谓“三元”是指三种它可以帮助减少的排放物——一氧化碳、挥发性有机化合物和氮氧化物分子。净化器使用两种不同类型的催化剂，一种是还原催化剂，另一种是氧化催化剂。两种类型都是由一个陶瓷结构外涂一层金属催化剂构成，金属催化剂通常是铂、铑和／或钯。这个构思的目的是建立一个结构，从而使催化剂与排放的废气流接触表面积最大，同时也减少了催化剂的用量（因为它们非常贵）。
三元催化式尾气净化器：注意两种不同的催化剂
T催化式尾气净化器主要有两种结构类型——蜂窝式和陶瓷珠式。现在大多数汽车使用的是蜂窝结构。
陶瓷蜂窝催化剂结构
还原催化剂是催化式尾气净化器的第一个阶段。它使用铂和铑帮助减少氮氧化物的排放。当一氧化氮和二氧化氮分子与催化剂接触时，催化剂会分离出分子中的氮原子，
并附着在上面，
以 O2 形式释放出氧气。氮原子与其它附着在催化剂上的氮原子结合，形成 N2。
氧化催化剂是催化式尾气净化器的第二个阶段。它通过在铂和钯催化剂上燃烧（氧化）的方式减少未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳。该催化剂帮助一氧化碳（CO）
和碳氢化合物与废气中剩余的氧发生反应。
例如:
2CO + O2 => 2CO2
但是氧来自哪呢？
第三阶段是对废气流进行监测的控制系统，并使用这些信息控制燃油喷射系统。在催化式尾气净化器的上游安装有一个氧气传感器，也就是说它比净化器更靠近发动机。这个传感器会告诉发动机计算机废气中有多少氧。发动机的计算机能通过调整空气和燃油的比率来增加或减少废气中氧的数量。该控制设计可以使发动机计算机能够确保发动机以接近于化学计量点的比率运转，同时也确保在废气中有足够的氧气供氧化催化剂燃烧未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳（CO）。
催化式尾气净化器在减少污染方面做出了重要的贡献，但它还有待于实质性的改进。它的一个最大的缺点是只能在相当高的温度下才能工作。当您冷启动汽车时，催化式尾气净化器几乎不能减少废气中的污染物。
对这个问题，一个简单的解决办法就是将催化式尾气净化器安放在离发动机更近的地方。这意味着到达净化器的废气越热，其温度上升的就越快，但将净化器暴露在极高的温度下也可能会缩短净化器的寿命。大多数汽车制造商将净化器放在前乘客座椅下面，这样可以使净化器离发动机足够远，从而使温度降到不会对净化器造成损害的程度。
预热催化式尾气净化器是一个减少废气排放物的好方法。预热净化器最简单的方法就是使用电阻加热器。不幸的是，大多数车上只提供 12 伏的电气系统，没有办法提供足够的能源或动力使催化净化器以足够快的速度热起来。大多数人都不愿意在启动汽车之前等几分种，以便使催化式尾气净化器热起来。配备有大容量高压电池的混合动力车能够提供足够的动力，可非常快速地对催化净化器进行加热。
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