基于FOCAS的汽油车用催化转化器老化试验研究

摘要

面对日益突出的空气污染问题和日趋严格的汽车排放法规,又由于三效催化转化器的成熟性和可靠性,已成为汽油车排放控制技术的主流。催化转化器经长期使用后,其性能将发生劣化。对催化器的耐久性进行考核,具有重要的现实意义。采用快速老化方法进行催化转化器的耐久性评价试验可以快速、近似地评价催化转化器,相对于常规的实际装车耐久性评价试验节约了大量的人力、物力、财力。 本论文首先论述了汽油机有害排放物的生成机理及其危害,总结了当前国内外车用汽油机排气后处理技术,综述了国内外催化转化器及其老化循环的发展现状。论文在查阅国内外相关资料的基础上,研究了汽油车用催化转化器的结构原理和老化机理,以及相应的性能指标和评价试验；然后在研究了FOCAS系统结构原理的基础上,提出了在FOCAS系统上对ARE-102循环进行考察试验,以判断是否可以应用于我国三效催化剂的研究开发和性能考核中。 ARE-102循环是美国联邦环保署(EPA)采用的一种快速老化方法,这种老化循环的空燃比要经历四个阶段,历时60s：发动机在理论空燃比条件下稳定运转40s;然后通过电喷系统的ECU将空燃比调至13.2的加浓状态,运转6s;通过在排气管内喷入二次空气,使催化器前的空燃比达到15.0的过稀状态,运转10s;再通过ECU调节发动机空燃比至理论空燃比,而此时二次空气喷射仍在进行,催化器入口处空燃比进一步变稀至16.5,运转4s。 论文基于FOCAS系统对ARt-102循环进行考察试验。FOCAS系统是由美国西南研究院开发的,主要由能在以化学剂量比空燃比下连续运行的汽油燃烧器,能在排放系统中任何位置喷入可控制流量的机油喷射器、鼓风机、热交换器和计算机控制系统5个部分组成。该燃烧系统主要用来模拟四缸发动机在不同负荷下的排放,从而对汽车实际尺寸的催化器系统进行老化分析。 对ARL-102循环的考察试验主要包含三大部分： 1.采用ARL-102循环对不同催化器的老化试验比对：在FOCAS燃烧系统上按照ARL-102循环分别对两个不同的催化器进行100小时的老化试验,对比分析老化后两只催化器的性能,以考察ARL-102循环是否具有区分催化转化器水平的分辨力； 2.分别采用ARL-102循环和断油老化循环对同一催化器的老化试验比对：在FOCAS燃烧系统上分别按照ARL-102快速老化试验循环和断油老化循环对两只相同的催化器进行100小时的老化试验,对比分析老化后两个催化器的性能,以考察ARL-102方法对催化转化器的劣化强度； 3.将老化后的催化器进行装车试验：将分别按照ARL-102循环和断油老化循环进行100小时老化试验后的两只催化器安装在试验样车上进行工况法排放试验,对比分析两只催化器的排放试验结果,以考察是否能够得出与台架快速老化试验相同的结论。试验表明,ARL-102循环具有较好的分辨率来区分催化转化器的水平,且比断油方法有更高的劣化强度,可以作为一种新的老化试验方法应用于我国三效催化剂的研究开发和性能考核中。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1汽油机有害排放物的生成机理及其危害

1.1.2车用汽油机排气后处理技术简述

1.1.3国内外催化转化器及其老化循环的发展现状

1.2课题研究的来源及其目的和意义

1.3课题研究的主要内容

2三元催化转化器结构与原理

2.1催化技术的基本原理

2.1.1概述

2.1.2催化作用的本质

2.2催化转化器结构及催化剂组成

2.2.1催化转化器的结构

2.2.2催化转化器中催化剂的组成

2.3三元催化转化器的老化机理

2.4本章小结

3催化转化器的性能评价试验

3.1催化转化器的性能指标

3.1.1转化效率

3.1.2起燃特性

3.1.3空燃比特性

3.1.4空速特性

3.1.5流动特性

3.1.6催化剂的耐久性

3.2车用催化转化器的性能评价体系

3.3催化转化器的台架评价试验

3.3.1活性评价试验方法

3.3.2耐久性评价试验

3.4本章小结

4三元催化转化器快速老化试验的台架系统

4.1 FOCAS系统介绍

4.1.1概述

4.1.2燃烧系统装置

4.1.3 FOCAS系统控制台

4.1.4空气压缩系统

4.1.5燃烧室

4.1.6热交换器

4.1.7温度测量系统

4.1.8空气控制

4.1.9机油喷射系统

4.2发动机台架系统

4.2.1 FEB-DHC150型直流电力测功机

4.2.2空燃比测试仪

4.2.3排气温度和流量调节

4.3排气分析

4.4本章小结

5快速老化试验及数据分析

5.1基于ARL-102循环不同催化剂的对比

5.1.1 ARL-102循环

5.1.2试验数据分析

5.1.3不同催化器老化试验比对结论

5.2 ARL-102循环与断油老化循环的对比

5.2.1两种老化循环的对比

5.2.2试验数据分析

5.2.3.ARL-102循环与断油老化循环比对结论

5.3装车试验评价

5.4本章小结

6全文总结与工作展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

作者简介

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