催化剂的发动机台架快速老化试验研究已确认

April 17, 2021, 9:12 a.m. 文档页面

【文章导读】第1卷第6期2000年12月环境污染治理技术与设备TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlVol.1No.6Dec.2000催化剂的发动机台架快速老化试验研究丁玉芳江苏省无锡威孚力达催化净化器有

文章介绍图片

  

【正文内容】

第1卷第6期2000年12月 环境污染治理技术与设备TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControl Vol.1No.6Dec.2000催化剂的发动机台架快速老化试验研究丁玉芳江苏省无锡威孚力达催化净化器有限责任公司无锡214002摘 要本文介绍了建立一个与汽车排放净化催化剂实际老化效果相一致的发动机台架试验快速老化循环方法并讨论了我们在试验室中建立的催化剂的快速老化循环方法步骤和结果。关键词:催化剂 催化转换器 老化 发动机台架一、前 言随着我国汽车保有量的增长由汽车废气排放造成的大气污染问题日益严重国家陆续公布了日益严格的排放法规这就使催化转化器的应用成为必然。

作为一种新的产品催化转化器的性能评价就显得尤为重要。评价一个催化转换器好坏的最主要性能指标就是其在特定车型的车上的转化效率及耐久性。催化转换器的耐久性往往比转化效率更为重要。因为一种催化剂无论其转化效率多高若寿命太短就没有实际用价值。而且随着法规的日益严格对催化转化器的耐久性要求越来越高国外从一开始的八万公里已升至十八万公里因此检测一个催化转化器的耐久性问题已变得非常重要。就催化剂的耐久性试验而言可以在实车上进行也可以在转鼓试验上进行但前者需花费很长的时间且路况不同实际效果也不一样后者花费太大而发动机台架快速老化既省钱又省时间且能模拟不同的发动机工况是一种对催化剂性能研究、对比的较好试验方法。

本文就催化剂在发动机台架上的快速老化试验方法做一探讨。二、汽车排放试验的典型工况催化转换器装车后其转化效率与汽车发动机本身的特性以及运行状态密切相关。比如汽车发动机的燃油系统化油器/燃油电喷、控制策略和运行工况决定了发动机实际工作时对应的空燃比进而影响催化转化器的实际转化效率催化转化器在汽车排气系统中的安装位置影响催化转换器实际入口温度发动机转速、负荷决定了流经催化转换器的实际流量。就某一型号汽车来说发动机的燃油系统、控制策略和催化转换器的安装位置一旦确定发动机的运转工况就对催化转化器的应用起决定作用。运转工况应该是基于各城市的交通状况调查、统计处理提出的典型行驶工况。从我国的一般行驶条件来说汽车的典型行驶工况及相应催化剂的工作条件如下:1在理论空燃比下的闭环运行。

这种情况下发动机可以是常规稳态运行或高速高负荷运行。后者对催化剂的影响较大因为此时不仅发动机的排气温度高且气体流量大即催化剂工作在高温、高空速条件下。2当车辆在爬坡时发动机工作在扭矩点附近此时催化剂工作在浓混合气状态。3当发动机加速时催化剂工作在高空速浓混合气的条件下。4当发动机工作在断油状态时催化剂工作在稀混合气条件下。5根据不同的燃油性质还要进行催化剂的中毒模拟。三、快速老化循环开发流程以上是发动机排放试验的典型工况但不同的汽车实现该工况的方法不同发动机的实际使用动力学特性也就不同而保证车辆所使用催化剂的老化周期与实际使用动力学特性老化周期的一致是非常重要的。所以在国外催化剂生产商与车辆制造商和发动机供应商的合作非常密切甚至有些老化周期是由主机厂提供的。

在中国目前还不具备这种条件作为催化剂生产厂家我们只能在借鉴国外经验的基础上通过如图1所示的快速老化循环开发流程摸索出适合中国国情的老化试验方法。选择研究对象时必须注意进行快速老化的发动机型号与实车的发动机型号一致且使用的催化剂及燃油品质也应相同因为燃油品质对催化剂的性能有重大影响。试验前首先对汽车、发动机进行排气温度、空燃比及空速等排放特性的测量以便确定催化剂的工作条件同时也要对催化剂进行起燃温度特性空燃比特性等原始性能的测量作为催化剂老化前与老化后的比较。催化剂实际的效果好坏寿命长短最有说服力的和最终的检验标准应该是在汽车上的实际使用效果。而且评价一个老化循环的效果好坏主要是看其老化后的结果与实际汽车老化后的结果的一致性。

所以应事先测定原车的排放和老化前催化剂的各项性能指标后再进行催化剂的实车老化试验且老化过程中要测量装上催化剂后运行12000km24000km36000km48000km60000km72000km80000km时的催化剂的各项性能指标。这样做一方面可以确定催化剂的运行情况另一方面可以作为催化剂快速老化循环的比较标准。催化剂的汽车老化必须在多辆同一型号汽车上同时进行因为各辆汽车之间存在汽车本身性能和运行工况上的差异只有多辆汽车上的综合结果才能说明问题1。如前所述不同的汽车在性能和运行工况上存在个性差异所以在定义老化循环前必须对汽车的性能和运行工况进行统计以确定同一类型车辆在如下参数上的共性:催化转换器入口温度、空速、空燃比的变化范围包括空燃比的变化频率和振幅、汽车运行的典型工况。

从严格意义上来讲催化剂快速老化的动力学特性必须与汽车运行时的动力学特性保持一致8所以汽车性能和运行参数的统计结果是定义催化剂老化循环的基础。定义一个老化快速循环首先要确定循环模式即根据统计结果确定老化循环中进行的工况然后再确定每个工况的运行条件即确定如下参数:催化剂入口温度、空速、空燃比及每工况的运行时间最后还要确定整个老化循环的总的运行时间246。在定义了老化循环后就可以在发动机台架上对催化剂进行快速老化。在确定总的老66              丁玉芳:催化剂的发动机台架快速老化试验研究        1卷 化时间时可以测量不同老化时间时催化剂的性能参数并与实车老化试验结果相对应这样可以确定不同老化时间与汽车老化相当的公里数相对照。

快速老化后的性能参数与实车老化的比较只是表面现象的比较要真正分析两者的一致性就必须进行相关检测分析相关检测分析包括如下内容3:a.起燃温度特性曲线b.空燃比特性曲线c.工况法性能检测d.储氧功能/中毒检测e.催化剂表面分析包括的内容有:比表面积分析X射线衍射分析显微镜分析微探针探伤分析热重分析等f.物理分析包括催化剂强度涂覆层的厚度。在对快速老化催化剂和汽车老化催化剂进行相关比较后若结果不满意就必须重新定义老化循环再进行快速老化并与汽车老化结果进行相关比较直到两者相关比较的结果满意才停止。76 6期           丁玉芳:催化剂的发动机台架快速老化试验研究           四、快速老化试验台的建立上面描述了确定一个快速老化循环的一般步骤。

在我国催化剂的化学研究虽然已有几十年但投入汽车的实际使用却只有一年多快速老化循环试验的研究还处于起步阶段故快速老化试验台的建立只能借鉴国外的经验用同一个老化循环来老化不同品种的催化剂。在国外对不同车型的汽车、不同的催化剂有它各自的快速老化方法但二个模式的断油法老化却是许多厂家共同借用的如表1所示。这是因为汽车的典型工况归纳了汽车的多种工况但大部分时间是在理想工况即在理论空燃比下工作另一方面为了提高车辆的经济性采用稀薄燃烧且减速时断油这种情况下发动机都在富氧条件下工作且温度高。研究表明催化剂的失活程度随氧浓度和工作温度的升高而加剧。因此典型工况即是二工况法二工况法快速老化循环包括的两个典型工况是:一个巡航工况和一个断油工况只是不同厂家的试验方法中选用温度、空燃比、空速和运行时间等参数不同12457。

表1 二个模式断油法老化比较序号工况运行时间s输入℃λ空速l/h总运行时间h参考公司A1260590591011.656800059000100AlliedSignalB1255512.5O2400EngelhardC123003006709000.861.115500012000045JMD1218010——0.984.575000500060JME12501086010001———100WEMIRA我们建立的老化试验台采用的也是二工况断油法循环。整个试验台的布置如图2所示。主要设备为:可控电涡流测功机电控多点喷射491发动机宽域λ空燃比传感器及二次仪表热交换器佛分FGA4015五组份汽车排放分析仪。

  快速老化循环是通过如下方式实现的:老化试验采用断油方式进行的包括60S巡航工况和5S断油工况。巡航工况时发动机在理论空燃比下运行空速为60000h1转化器入口温度约为760℃。整个过程由计算机喷油控制来实现。在巡航工况时调节负荷使排气温度达到780℃同时在喷油控制程序中加入每隔60s后的5s断油指令。这样既定了断油过程要求又保证了气体温度和气体流量一定。催化转化器在老化前后都要进行性能评估该试验台进行的评估内容和手段如下:86              丁玉芳:催化剂的发动机台架快速老化试验研究        1卷 图2 老化试验台布置图11老化前后温度特性评价第一步 采用闭环控制调节发动机功率和转速使排气流量达到所要求的40000h1空速排气温度达到550℃。

第二步 采用冷却排气的方法控制催化转化器进口温度然后进行温度特性试验以确定催化转换器的起燃温度。21老化前后空燃比特性试验第一步 采用闭环控制调节发动机功率和转速使其排气流量达到40000h1的空速要求排温达530℃。第二步在空气量不变的条件下改变喷油量以改变空燃比A/F13.5~15.5进行空燃比特性试验。主要评价催化转化器的最高转化率附近的空燃比窗口的变化量。我们对快速老化试验的研究工作才刚开始这种二工况快速老循环老化强度及实车老化循环的一致性如何还要通过大量的实验工作来确定。五、结 论1汽车的典型工况决定催化转换器的工作条件。2要确立一个快速老化循环要经过反复多次的试验才能确定以便能与实车的老化结果相一致。

3我国的快速老化循环研究工作才起步还要经过大量的工作才能找到适合我国车况和路况的快速老化试验方法。96 6期           丁玉芳:催化剂的发动机台架快速老化试验研究           参考文献1GregoryS.SimsandSandeepJohriACSpeakplugDivofGeneralMotorsCORP.flintMI.Catalystperformancestudyusingtaguchimethod.SAE8815892J.F.SkowronW.B.WilliansonandJ.C.SummentsAlliedSignalInc.EffectofagingandevaluationconditiononTWCperformance。

SAE8920933MichelF.PrigentBrigitteC.MartinandJeanClaudeGuibetInstituteFrancaisdipetrole.EnginebenchevaluationofgasolinecompositioneffectonTWC.SAE9001534S.P.BurkholderandB.J.CooperCatalyticSystemDiv.JohnsonMatthey.Effectofagingandtestingconditionsoncatalystperformance.SAE9113745R.M.HeekJ.K.HochmuthandJ。

C.DettlingEngelhardCorp.EffectofoxygenconcentrationonagingofTWC.SAE9200986W.B.WilliamsonJ.C.SummersandJ.F.SkowronAllied2SignalIne.Catalysttechnologiesforfutureautomotivee2missionsystem.SAE8801037J.C.SummersW.B.WilliamsonandM.G.HenkAllied2SignalInc.Usesofpalladiuminautomotiveemmissioncontrolcatalysts

前台工作总结相关推荐  
三九文库 www.999doc.com
备案图标苏ICP备2020069977号