国四100 mL踏板摩托车三效催化器贵金属减量化研究

三效催化器是控制摩托车尾气排放最有效的技术手段。而当前三效催化器中起主要作用的活性组分贵金属的价格持续升高,对行业下游特别是主机厂带来巨大的成本压力。优化催化器系统设计,减少贵金属用量是降低三效催化器成本的关键。基于一款100 mL排量国四踏板摩托车,在该车原催化器技术方案基础上,通过对催化器的系统设计,从贵金属配比、催化剂涂层配方和催化器载体结构选型等方面开展优化降本研究。实验结果表明通过优化方案可使得贵金属用量下降69%,同时催化剂新鲜态和耐久后排放性能满足国四排放要求且均优于原方案。

天然气汽车三效催化器流场均匀性数值模拟及催化剂优化

设计了一种组合式导流装置,并数值模拟了其对三效催化器内流场均匀性的影响.优化设计了一种适合天然气汽车尾气净化的催化剂,提出了催化剂的制备、配方及加工工艺.研究表明,加装导流装置能有效改善三效催化器内流场的均匀性.在设计的均流装置、催化剂配比及催化剂加工工艺下,催化器内流场均匀性提高了5%以上,使用寿命也较大提高.天然气汽车三效催化器中贵金属用量大大降低,保持了较高的废气净化效率.

发动机不同工况下三效催化器的温度场和转化效率试验

在发动机台架上,通过研究在发动机不同工况下催化器内部温度场的分布及由此得到的载体平均温度对转化效率的影响,揭示了催化器的工作机理,并得到如下结论:在催化器工作时,内部由于存在化学反应放热、热质输运等,造成载体内部不同部位存在温差,最大可达82℃;由于决定整个催化进程的因素不同,催化器的转化效率随不同的载体平均温度的变化趋势也显著不同,这些均为催化器的设计及其与发动机的有效匹配提供了试验依据。

速度分布对三效催化器性能的影响(Ⅱ)结果与分析

根据集成模型 ,通过数值试验研究了载体内的流速分布对三效催化器冷起动性能和暖机性能的影响 ,并对模拟的速度分布进行了试验验证 .速度分布的模拟结果与试验结果吻合良好 .对冷起动过程和不同均匀度指数下稳态效率模拟结果表明 ,流速分布越不均匀 ,催化剂冷起动的时间越长 ,冷起动期间的排放量越大 ;催化效率由于速度增大 ,停留时间缩短 ,随半径减小而下降 ;对均匀度指数小的速度分布 ,总的催化效率下降 .对预测的温度分布的分析发现 ,在载体前端面附近区域的载体温度随半径的增大而增加 ,在后面的区域则相反 ;流速分布越不均匀 ,径向的温度梯度越大 .

利用三效催化器控制汽油机稀薄燃烧NO_x的排放

为降低汽油机稀薄燃烧NOx排放,研究了采用三效催化器的控制策略,分析了三效催化器在略高于当量 空燃比的稀薄燃烧条件下对NOx转化效率急剧下降的原因,从而提出了在较高空燃比的稀薄燃烧条件下利用三效 催化器控制稀薄燃烧NOx排放的策略,并进行了试验研究．在对三效催化器储氧机理分析基础上,进一步提出了一 种在空燃比浓稀变换条件下利用三效催化器控制NOx排放的策略,该策略大大降低稀薄燃烧汽油机的NOx排放; 通过试验对浓稀循环数和浓稀比例进行了优化．结果表明,稀薄燃烧时NOx转化效率可达45％,稳态NOx排放可 降至200×10-6以下．

速度分布对三效催化器性能的影响(Ⅰ)数理模型

描述了三效催化器的流动、传热传质和异相催化过程 ,分析了催化器的径向热导率的修正方法 ,比较了尾气分别作为双组分和多组分混合物时对其组分扩散系数的影响 ,集成了可用于模拟三效催化器的冷起动性能和暖机性能的二维轴对称瞬态模型 ,模型采用有限容积法求解 .该模型可用于模拟和解释一维模型无法做到的流动分布等参数对催化器性能的影响 .计算结果和分析在本研究中的第二部分叙述 .

三效催化器主要结构参数对压降系数和速度分布的影响

提出了三效催化器压降系数的修正公式.通过数值模拟试验,分析了三效催化器的主要结构参数对压降和流速分布的影响.结果发现,三效催化器微元通道孔径沿径向的不同组合可以达到既不增加压降、流速分布又均匀的效果,而且在所计算的轴对称三效催化器结构中,在通常的流量范围内其进口损失可以忽略.

当量比燃烧天然气发动机铑基三效催化器次生污染物研究

建立了一种适用于当量比燃烧天然气发动机的Rh基三效催化器(three-way catalytic converter,TWC)整体模型,研究了排气温度和组分对TWC系统次生污染物N_(2)O和NH_(3)生成特性的影响。结果表明:N_(2)O主要在起燃和低温(400 K~605 K)阶段通过CO还原NO反应生成;高温状态下(>850 K)NH_(3)通过H_(2)还原NO反应生成,H_(2)来源于蒸汽重整(steam reforming,SR)和水煤气变换(water gas-shift,WGS)反应。H_(2)体积分数的增加促进了N_(2)O和NH_(3)生成,高温下N_(2)O会与H_(2)发生还原反应,H_(2)体积分数越高,N_(2)O生成反而越低。H_(2)O和CH_(2)对N_(2)O和NH_(3)生成的影响随着温度变化而变化。在一定范围内,随着O_(2)体积分数增加,NH_(3)生成减少,N_(2)O生成增加;高温下,O_(2)体积分数过高时,N_(2)O生成反而减少。研究还发现,排气中O_(2)体积分数在4000×10^(-6)左右时,排温控制在580 K~850 K,能实现N_(2)O和NH_(3)近零排放。

基于氧储存率模型的三效催化器劣化诊断研究

立足于当前轿车普遍装配的阶跃型氧传感器,基于化学反应动力学,建立了三效催化器的氧储存率模型,并利用MATLAB/Simulink软件对建立的模型进行了仿真实现。依据所建模型设计了三效催化器的劣化诊断算法。通过发动机台架试验数据分析,验证了建立的三效催化器的氧储存率模型能够较为精确地反映三效催化器储存和释放氧的能力,设计的劣化诊断算法能诊断三效催化器是否劣化。

车用三效催化器起燃温度试验研究

随着三效催化器在我国的应用越来越广,人们对催化器试验评价给予了更多关注。催化器试验分为台架试验和装车道路试验两种,在国外,台架试验主要用于催化器机理研究,催化器质量评价主要靠装车道路试验完成。 我国的催化器研究生产起步不久,厂家多、产品质量良莠不齐,大规模装车试验既不经济也不现实,鉴此,国家环保总局发布了中国环境保护产品认定技术条件HCRJ 007-1999《汽车排气催化转化器》。将台架评价试验确定为配件和改装车用催化器质量评价方法。

小型LPG发动机匹配三效催化器的起燃特性研究

对小型点燃式电控LPG发动机匹配三效催化器的冷起动过程进行了试验研究,测量了冷起动过程排气管不同位置的排温变化,对比了催化器不同安装位置、不同点火提前角下的起燃特性。通过优化催化器安装位置,调整发动机起动后的怠速转速和点火提前角来改变排气温度,从而使催化器快速起燃,降低了冷起动过程HC和CO的排放。

基于神经网络的汽油车三效催化器老化诊断

随着汽油车后处理系统复杂程度的提高,三效催化器的故障诊断需要解决建模难度大、标定成本高等问题。结合神经网络在处理非线性问题上的优势,提出一种基于神经网络的汽油车三效催化器老化诊断算法。算法以三效催化器的老化机理为基础,采集催化器前后氧传感器信号作为特征输入,结合不同故障进行编码,构成网络训练和测试所需的数据集;分别应用反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)的模型架构,对训练过程各参数进行调优,并对诊断结果进行测试。试验结果表明:基于神经网络的诊断算法建模简便,具有较高的诊断精度和泛化能力;诊断架构上,DBN相对于BPNN简化了特征提取过程,拥有更高的诊断精度。

老化循环对三效催化器的老化效果研究

为研究不同整车驾驶循环对车辆三效催化器热老化的效果差异,选取两辆配备同款发动机的满足国六排放标准的纯汽油车和油电混合动力车,分别进行AMA、SRC、WLTC和典型RDE循环,利用数据采集系统实时采集车辆运行参数和三效催化器床体温度。基于阿伦尼乌斯公式将不同循环16万km耐久性后的热老化程度量化为热损伤,并以RDE循环为参照基准,将不同测试循环行驶16万km换算成对应的实际道路等效行驶里程。研究结果表明:相同循环下,油电混合动力车三效催化器的16万km热老化程度低于纯汽油车;AMA和SRC循环对三效催化器造成的热老化程度明显高于相同行驶里程下的WLTC循环和RDE循环。纯汽油车以AMA循环或SRC循环进行16万km耐久老化,对三效催化器所造成的老化效果相当于在实际道路上行驶了51.84和60.30万km;油电混合动力车以AMA循环和SRC循环进行16万km耐久老化,对三效催化器造成的老化效果相当于在实际道路上行驶30.44和29.21万km。

车用三效催化器快速老化SBC循环试验研究

针对GB18352.6-2016中规定的污染物控制装置耐久性快速老化标准台架循环(SBC)的温度、空燃比等的条件要求,利用试验发动机对如何确定满足规定条件要求的发动机工况进行了探索。基于对SBC循环的研究,提出了满足SBC循环工况的试验方案;通过稳态工况催化器温度场试验,分析了不同因素(空燃比、点火提前角、二次空气喷射等)对催化器温度的影响。结果表明:试验样机满足催化器温度800℃的运行工况分布在2 000 r/min高负荷至3 800 r/min中低负荷的带状区域内;与点火提前角相比,空燃比和二次空气喷射对催化器温度影响更明显;可以通过循环一致性、老化时间、工况过渡时间等因素对不同工况方案进行选择。

三效催化转化器与电控汽油机匹配的研究

在试验的基础上考察和分析了氧传感器中值电压修正和空燃比波动的调整对排放特性的影响。分析和试验结果表明 :两者对发动机的排放均有很大的影响 ;对两者的合理匹配 ,可显著地降低排放。

汽车催化器结构及注意事项

汽车净化催化器的结构由于净化催化器串接在汽车排气管路上,因此,为了不影响汽车性能,催化器的阻力应尽可能低,通道内的表面积应尽可能大,以增加排放污染物和催化剂接触的机会。目前较常用的是蜂窝型催化器(如图所示)。催化器的最外层是用耐高温不锈钢板制成的特种钢外壳1。

汽车尾气催化净化器

汽车排放控制与催化器汽车尾气排放已成为国人关注的热点问题。我国一些大城市的汽车尾气排放量已达到十分惊人的程度。以北京为例,北京市区的大气污染已经十分严重,被列入全球十大污染城市。北京的市民已经很少看见万里晴空了。

乙醇汽油发动机非常规排放及其催化转化的研究

利用气相色谱-氦离子化快速检测方法,研究了一台多点电喷汽油机分别燃用乙醇汽油混合燃料(乙醇的体积分数分别为0%、10%、20%和85%,记为E0、E10、E20和E85)时的非常规醇醛排放特性及其催化转化特性.研究结果表明:与汽油机相比,E10和E20混合燃料发动机的甲醛、乙醛和乙醇排放随乙醇掺混比的增加而增加,而E85混合燃料发动机的甲醛、乙醛排放增幅略小,约为E0发动机的1.6倍和2.4倍,乙醇排放却大幅增加,约为E10混合燃料发动机的35倍;随负荷的增加,乙醛排放整体呈增加的趋势,E10和E20混合燃料发动机的乙醇排放降低,而E85混合燃料发动机的乙醇排放却增加;普通的三效催化器对乙醛、乙醇排放的转化效率均在75%以上,但对甲醛的转化效果不佳,对E20和E85混合燃料发动机甲醛排放的转化效率低于30%.

车用催化涂层技术

催化器中最重要的组成部分——催化涂层(Monolithic Catalysts)是附着于催化器载体(Monolithic Substrate)表面,肉眼无法分辨的一层很薄的物质,在尾气固—气体系多相催化反应(表面反应过程)中极为关键,是三效催化器的技术核心。 车用催化器催化涂层技术是现代表面技术在汽车工程中的应用和发展。包括涂层工作原理和要求、涂层材料和工艺、涂层检验技术等内容。

汽油车排气中颗粒物粒径的分布特性

利用电子低压冲击仪（ELPI）对一台排放满足欧Ⅲ排放标准的汽油车进行了颗粒物粒径分布特性的研究，实验按照欧Ⅲ测试循环（NEDC）在转鼓试验台上运行，分别测量了催化器前后排气中颗粒物粒径和粒数．测量结果表明，汽油机排气中包含有大量的颗粒物，粒径主要分布在1μm以内；超细颗粒物体积浓度较小，但其数密度很大，起动阶段颗粒物排放非常恶劣；三效催化器对降低颗粒物总体积浓度有一定效果，催化效率在60％以上，但对降低颗粒数密度效果较差，催化效率只有30％，特别是对直径在40～120nm之间的超细颗粒物催化效率仅为5％～10％．