基于發動機速度特性實驗的三元催化轉換器凈化性能研究

杜慧起，李佳倩（天津中德應用技術大學，天津　300350）

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基于發動機速度特性實驗的三元催化轉換器凈化性能研究

杜慧起，李佳倩
（天津中德應用技術大學，天津300350）

摘要：文章通過發動機速度特性實驗，分別對沒有安裝催化器、安裝原催化器和安裝改進型催化器三種狀態下發動機尾氣進行測量分析，對優化三元催化轉化器結構設計及改善三元催化轉化器凈化效率等方面具有重要意義。

關鍵詞：發動機；速度特性；三元催化轉化器

本實驗是在發動機性能實驗室完成的，通過實驗分別測量35N·m、70N·m、105N·m扭矩下，轉速分別在1200r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min時發動機的尾氣成分的含量，掌握沒有安裝催化器、安裝原催化器和安裝改進型催化器三種狀態下轉化器的凈化效果，進而檢驗改進型轉化器的凈化率。

1　測量的內容及過程

將發動機調整到怠速狀態，逐漸加油門和轉速，首先將扭矩調整到35N·m，轉速調整到1200r/min，待發動機待發動機運行穩定后，開始記錄排氣中HC、CO、CO2、NOx各個成分的數據。再將扭矩穩定為35N·m，提高轉速，分別記錄轉速在1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min轉速下的相關數據。完成扭矩為35N·m的各個轉速下的實驗。再分別進行扭矩為70N·m、105N·m下轉速為1200r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min轉速下的相關數據。

2　實驗數據分析

（1）扭矩在35N·m時各個轉速下三種狀態發動機的HC、CO、NOx排放量實驗結果分析。從圖1可以看出原機的HC排放量隨著轉速的增加逐漸降低，而原轉化器和原機的HC排放量曲線在每一階段基本保持平行，說明原轉化器的凈化掉的HC量基本不變。而改進型轉化器的凈化能力非常好，將HC的排放量控制在了50ppm，改進型轉化器的效果比原轉化器的凈化效果優勢很明顯。由圖2的CO的排放曲線圖可以看出，原機的排放大多在0.8%～1%的范圍內，只有在2500r/min時的排放略低于0.8%，原轉化器在小于2500r/min的區域凈化效果是不好的，在2500～3500r/min之間的凈化效果很好，而改進型轉化器的的凈化效果比較穩定，尤其在小于2000r/min的區間凈化后的排放量僅在0.04%附近。而在高于2000r/min的轉速區間凈化后的排放量有所上升，尤其在大于2500r/min以上的轉速下凈化效果比原轉化器略低。原機在小于2000r/min的區間NOx的排放量很穩定，但在2000～3500 r/min之間的排放量隨著轉速的提高而急劇增加。兩個轉化器凈化后的排放量則比較低，說明兩個轉化器的凈化效果較好。為了比較兩個轉化器對NOx凈化后的排放量，單獨對他們進行了比較。改進型轉化器的凈化效果要遠遠優于原轉化器，僅在3000～3500r/min的區間凈化后的排放量有所降低，這是由于原機急劇增加的NOx的原因造成的。

圖1　HC排放曲線圖

圖2　CO排放曲線圖

（2）扭矩在70N·m時各個轉速下三種狀態發動機的HC、CO、NOx排放量實驗結果分析。由三種狀態發動機的HC排放量對比曲可知，原機的排放量隨著轉速的增加而降低，兩種轉化器的凈化后排放量基本相當，而改進型轉化器的凈化效果略微好于原轉化器。兩種轉化器的凈化效果很明顯，在小于2000r/min時的凈化率都可以達到80%左右，并且改進型轉化器比原轉化器的凈化效果始終保持著一定的優勢。雖然在大于2000r/min的區間凈化后的排放量有所上升，但改進型轉化器的排放量始終最低，即凈化率一直比原轉化器要高。原機的NOx排放量隨著轉速的增加而提高，而兩個轉化器的排放量則始終很低，都控制在250×10-6以下，為了便于兩個轉化器的凈化效果對比，做出了他們兩個的對比曲線圖。兩個轉化器NOx的排放量隨著原機本身排放的增加而增加，而且改進型轉化器的排放量始終低于原轉化器的排放量，可見改進型轉化器的改進效果比較明顯。

（3）扭矩在105N·m時各個轉速下三種狀態發動機的HC、CO、NOx排放量實驗結果分析。原機的HC排放量隨轉速的增加逐漸降低，兩種轉化器的排放量比較接近，改進型轉化器比原轉化器的排放略低，凈化效果略好。總體來看原機的CO排放量隨著轉速的增加而提高。兩種化器的排放量很接近，只是在2000r/min和3500r/min的區間，改進型轉化器的凈化效果比原轉化器的要高。

圖3　NOx排放曲線

由圖3可知，原機的NOx排放量隨著轉速的提高逐漸增加，而安裝了兩種轉化器的發動機的NOx排放量則比較低，兩條曲線基本重合，說明兩者的凈化效果比較接近，為了便于更清晰的對比兩者凈化后的排放量和凈化效率，繪制了安裝兩種轉化器的發動機NOx排放量曲線圖。在小于2000r/min的區間，兩者的排放量相差不大，改進型比原轉化器的要低些，而在大于2000r/min的區間，原轉化器隨著發動機本身排放量的增加也增加，而改進型轉化器的排放量比原來增加的并不是很劇烈，可以看出改進型轉化器的凈化效率一致比原轉化器的凈化效率高。

3　結語

通過發動機速度特性實驗結果分析，原轉化器在不同的工況下對HC的凈化效果有差異，而改進型轉化器在所有的工況下對HC的凈化效果都比較好，基本可以達到80%以上，比原轉化器凈化效率高。對CO的凈化效果也不相同，凈化率變化幅度比較大。改進型轉化器對CO的凈化效果比較穩定，在多數工況下可以達到80%～90%，比原轉化器優秀。兩種轉化器對NOx的凈化效果都比較高，基本都可以達到95%以上，而改進型轉化器排出的殘留NOx要比原轉化器殘留的要少一半左右，凈化優勢比較明顯。從整體的排放污染物的控制來看，改進型轉化器對所有的有害氣體的凈化效果都比原轉化器優秀，改進效果明顯。

參考文獻

［1］李欣，杜慧起.基于發動機外特性實驗的三元催化轉換器凈化性能研究［J］.天津職業院校聯合學報：2012，8（14）：41-43.

［2］王慶合.淺析汽油發動機排放控制系統的三元催化轉換器［J］.農業裝備與車輛工程：2010，8（229）：59-60.

［3］劉青掌.淺談三元催化轉換器的性能診斷與檢修方法［J］.科技視界：2014，（29）：104.

Ternary Catalyticconverter Purification Performance study Based on the Engine Speed Characteristic Experiment

DU Hui-qi，LI Jia-qian
（Tianjin Sino-German Vocational Technical College，Tianjin 300350，China）

Abstract:In this paper，through the engine speed characteristic test，engine exhaust is measured and analyzed under the three states of without catalytic converters，with original catalytic converters and with improved catalytic converters，it has important significance to optimize three-way catalytic converter structure design and improve the efficiency of purification rate of thethree-way catalytic converter.

Key words：engine；speed characteristic；Three-way catalytic converte

中圖分類號：U464

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0072-02

收稿日期：2016-04-25

作者簡介：杜慧起（1984-），男，吉林人，碩士，講師，主要研究方向：汽車檢測與維修。