基于发动机速度特性实验的三元催化转换器净化性能研究

杜慧起，李佳倩（天津中德应用技术大学，天津　300350）



基于发动机速度特性实验的三元催化转换器净化性能研究

杜慧起，李佳倩
（天津中德应用技术大学，天津300350）

摘要：文章通过发动机速度特性实验，分别对没有安装催化器、安装原催化器和安装改进型催化器三种状态下发动机尾气进行测量分析，对优化三元催化转化器结构设计及改善三元催化转化器净化效率等方面具有重要意义。

关键词：发动机；速度特性；三元催化转化器

本实验是在发动机性能实验室完成的，通过实验分别测量35N·m、70N·m、105N·m扭矩下，转速分别在1200r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min时发动机的尾气成分的含量，掌握没有安装催化器、安装原催化器和安装改进型催化器三种状态下转化器的净化效果，进而检验改进型转化器的净化率。

1　测量的内容及过程

将发动机调整到怠速状态，逐渐加油门和转速，首先将扭矩调整到35N·m，转速调整到1200r/min，待发动机待发动机运行稳定后，开始记录排气中HC、CO、CO2、NOx各个成分的数据。再将扭矩稳定为35N·m，提高转速，分别记录转速在1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min转速下的相关数据。完成扭矩为35N·m的各个转速下的实验。再分别进行扭矩为70N·m、105N·m下转速为1200r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min转速下的相关数据。

2　实验数据分析

（1）扭矩在35N·m时各个转速下三种状态发动机的HC、CO、NOx排放量实验结果分析。从图1可以看出原机的HC排放量随着转速的增加逐渐降低，而原转化器和原机的HC排放量曲线在每一阶段基本保持平行，说明原转化器的净化掉的HC量基本不变。而改进型转化器的净化能力非常好，将HC的排放量控制在了50ppm，改进型转化器的效果比原转化器的净化效果优势很明显。由图2的CO的排放曲线图可以看出，原机的排放大多在0.8%～1%的范围内，只有在2500r/min时的排放略低于0.8%，原转化器在小于2500r/min的区域净化效果是不好的，在2500～3500r/min之间的净化效果很好，而改进型转化器的的净化效果比较稳定，尤其在小于2000r/min的区间净化后的排放量仅在0.04%附近。而在高于2000r/min的转速区间净化后的排放量有所上升，尤其在大于2500r/min以上的转速下净化效果比原转化器略低。原机在小于2000r/min的区间NOx的排放量很稳定，但在2000～3500 r/min之间的排放量随着转速的提高而急剧增加。两个转化器净化后的排放量则比较低，说明两个转化器的净化效果较好。为了比较两个转化器对NOx净化后的排放量，单独对他们进行了比较。改进型转化器的净化效果要远远优于原转化器，仅在3000～3500r/min的区间净化后的排放量有所降低，这是由于原机急剧增加的NOx的原因造成的。

图1　HC排放曲线图

图2　CO排放曲线图

（2）扭矩在70N·m时各个转速下三种状态发动机的HC、CO、NOx排放量实验结果分析。由三种状态发动机的HC排放量对比曲可知，原机的排放量随着转速的增加而降低，两种转化器的净化后排放量基本相当，而改进型转化器的净化效果略微好于原转化器。两种转化器的净化效果很明显，在小于2000r/min时的净化率都可以达到80%左右，并且改进型转化器比原转化器的净化效果始终保持着一定的优势。虽然在大于2000r/min的区间净化后的排放量有所上升，但改进型转化器的排放量始终最低，即净化率一直比原转化器要高。原机的NOx排放量随着转速的增加而提高，而两个转化器的排放量则始终很低，都控制在250×10-6以下，为了便于两个转化器的净化效果对比，做出了他们两个的对比曲线图。两个转化器NOx的排放量随着原机本身排放的增加而增加，而且改进型转化器的排放量始终低于原转化器的排放量，可见改进型转化器的改进效果比较明显。

（3）扭矩在105N·m时各个转速下三种状态发动机的HC、CO、NOx排放量实验结果分析。原机的HC排放量随转速的增加逐渐降低，两种转化器的排放量比较接近，改进型转化器比原转化器的排放略低，净化效果略好。总体来看原机的CO排放量随着转速的增加而提高。两种化器的排放量很接近，只是在2000r/min和3500r/min的区间，改进型转化器的净化效果比原转化器的要高。

图3　NOx排放曲线

由图3可知，原机的NOx排放量随着转速的提高逐渐增加，而安装了两种转化器的发动机的NOx排放量则比较低，两条曲线基本重合，说明两者的净化效果比较接近，为了便于更清晰的对比两者净化后的排放量和净化效率，绘制了安装两种转化器的发动机NOx排放量曲线图。在小于2000r/min的区间，两者的排放量相差不大，改进型比原转化器的要低些，而在大于2000r/min的区间，原转化器随着发动机本身排放量的增加也增加，而改进型转化器的排放量比原来增加的并不是很剧烈，可以看出改进型转化器的净化效率一致比原转化器的净化效率高。

3　结语

通过发动机速度特性实验结果分析，原转化器在不同的工况下对HC的净化效果有差异，而改进型转化器在所有的工况下对HC的净化效果都比较好，基本可以达到80%以上，比原转化器净化效率高。对CO的净化效果也不相同，净化率变化幅度比较大。改进型转化器对CO的净化效果比较稳定，在多数工况下可以达到80%～90%，比原转化器优秀。两种转化器对NOx的净化效果都比较高，基本都可以达到95%以上，而改进型转化器排出的残留NOx要比原转化器残留的要少一半左右，净化优势比较明显。从整体的排放污染物的控制来看，改进型转化器对所有的有害气体的净化效果都比原转化器优秀，改进效果明显。

参考文献

［1］李欣，杜慧起.基于发动机外特性实验的三元催化转换器净化性能研究［J］.天津职业院校联合学报：2012，8（14）：41-43.

［2］王庆合.浅析汽油发动机排放控制系统的三元催化转换器［J］.农业装备与车辆工程：2010，8（229）：59-60.

［3］刘青掌.浅谈三元催化转换器的性能诊断与检修方法［J］.科技视界：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

中图分类号：U464

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0072-02

收稿日期：2016-04-25

作者简介：杜慧起（1984-），男，吉林人，硕士，讲师，主要研究方向：汽车检测与维修。