稀土三元催化剂在空燃比上的试验研究

稀土三元催化剂在空燃比上的试验研究

1稀土三元催化剂的研究自1969年以来，世界各国都致力于对汽车尾气的催化剂净化。自1977年以来，三剂药物（tc）已开始可同时减少co、hc和nox。三元催化剂所含的贵金属Pd、Pt、Rh储量稀少、价格昂贵。三元催化剂性能优越,但只有在空燃比14.7时,与由λ传感器等组成的λ调节系统配套才能取得同时有效降低三种排气污染物的效果,因此目前在我国推广该技术有一定的难度。我国科研人员经过近30年的努力,使稀土三元催化剂的研究和开发取得了很大的进展。虽然其净化效果不如贵金属三元催化剂,但因价格低廉、热稳定性好,储量丰富等日益受到人们的重视。2测试系统的组成为了研究空燃比对稀土三元催化剂净化效率的影响,作者设计了由试验控制台、北京492Q发动机、电力测功机、废气分析仪、NOX测试仪、压差计、油耗仪、空气流量计以及稀土三元催化净化器组成的测试系统。该测试系统装置简图如图1所示。在该测试系统中,根据试验所需,将空气流量计与压差测量仪用塑料软管连接后,安装在化油器上,试验所用的净化器装在原机消声器的位置。同时为方便起见,将试验所用的三种净化器进行了编号:1号为单块直通式净化器(由中国汽车技术研究中心提供);2号为双块直通式净化器(由北京绿星特种催化剂公司提供);3号为原机消声器。3关于效率测试的参数、测量方法和系统工作原则3.1测试样品的制备试验选用的发动机是北京492Q四冲程汽油机,其排量为2.445L,标定功率为57kW,最高转速为3800r/min。净化器所用的催化剂均采用浸渍法制成,以稀土钙钛矿型金属氧化物为主要成分,并加有一定量的贵金属作为助催化剂。试验样品参数为:1号净化器为400目/cm2,长轴为127mm,短轴为87mm;2号净化器安装两块催化剂载体,均为400目/cm2,长轴为127mm,短轴为87mm。3.2主要参数的确定根据试验研究的要求以及数据处理的需要,试验需测量的主要参数有(1)油耗率;(2)空气流量;(3)CO、HC、NO、NOX的含量。3.3q发动机双腔化油器的重复使用技术试验中,将废气分析仪和NOX测试仪的取样探头直接插入净化消声器的出口以采集部分废气,并通过废气分析仪和NOX测试仪对CO、HC、NO和NOX进行测定。对试验所用的北京492Q发动机的双腔化油器进行了必要的技术调整。具体的方法如下:首先将化油器主腔、副腔的量孔换成可调式油针,并将化油器副腔的可调式油针顺时针旋到底,然后再逆时针旋出1/4圈,并且在整个试验过程中将其固定保持不变,只调整主腔油针,使得空燃比由小到大。将化油器的主腔、副腔空气量孔全部堵死,使复杂的双腔化油器改变成为一个简单化油器。先将发动机的转速和节气门开度调至某一数值,并保持不变。然后通过调节主腔油针来改变供油量,以达到调节空燃比的目的,使发动机在不同的空燃比条件下工作,再通过专用仪器设备测量各污染物的排放量。4净化效率曲线分析4.11净化率随a/f的变化情况在图2中,1号净化器对CO的净化率自浓混合气至经济混合气内随A/F的增大而增大,到A/F=16.2时达到80%,而后又随A/F增大而略降。对HC的净化率自浓混合气至经济混合气内随A/F的增大而增大,当A/F=13.2时达最大值87.2%,而后随A/F的增大而下降,到经济混合气(A/F=16.2)时达最小值24%,后又随A/F的增大而上升。对NO、NOX的净化率在浓混合气至经济混合气内随A/F的增大而下降,而后随A/F的增大稍增大。在图3中2号净化器对CO的净化率从浓混合气到经济混合气时随A/F的增大而增大,在经济混合气时达最大值97.6%后开始下降,到A/F=19.1处于稀混合气时,净化率又急剧上升。对HC的净化率在A/F=13.2时达82%,之后随A/F的增大下降到51%,而后随A/F的增大而增大,混合气越稀薄,净化率越高,可达90%以上。对NO和NOX的净化率从浓混合气到功率混合气时随A/F增大,净化率由97%下降到24%左右。两种净化器对CO的净化总趋势是随A/F增大,净化率升高,并且分别在经济混合气和稀混合气时,具有较高的净化率。对HC的净化率受A/F影响大,且随A/F的增大而增大,在功率混合气附近净化效果比较理想,在稀混合气区净化率最高。对NO和NOX的净化总体上受空燃比影响较大,在浓混合气时净化效果较为理想。综上所述,自浓混合气开始,净化率随A/F增大而增大,受空燃比影响较大;在稀混合气时,具有最好的净化效果,在A/F=10.3～16.2时具有较高的净化率。4.22空燃比和浓混合气净化率随a/f的变化而变化的特征在图4中,1号净化器自浓混合气到稀混合气,对CO的净化率受空燃比影响较大,随A/F增大而增大,但总体净化率低,不足20%。对HC的净化率受空燃比影响较大,从浓混合气时的96%下降到功率混合气的39%,之后在稀混合气区随A/F增大而增大,但在理论值附近,受空燃比影响较小。对NO和NOX的净化率受空燃比影响很大,对NOX,由A/F=10.3的96%下降到A/F=14.0时的5.5%之后,NO和NOX都随A/F的增大而增大,在稀混合气区具有很高的净化率,NO可达95%～98%。在图5中,2号净化器对CO的净化率自浓混合气时随A/F的增大而渐增,当A/F=11.0时达16%后随A/F增大而下降到A/F=13.97时的8%,之后随A/F的增大而增大,当A/F=16.17时,净化率达70%。对HC的净化率由在浓混合气的36%上升到理论混合气的79%后又下降到经济混合气的51%,而后随A/F增大其净化率也增大,可达95%。对NO和NOX的净化率在功率混合气到经济混合气受空燃比影响较小,且具有较高的净化率达76%,在A/F=16.2～19.1时,净化率随A/F增大而迅速减少。两种净化器对CO的净化率受空燃比影响较大,随A/F的增大而增大。在浓混合气和功率混合气时净化率相对较低,在稀混合气时净化率较高。对HC的净化率受空燃比影响大,在功率混合气和稀混合气时具有较高的净化率。对NO和NOX的净化率在功率混合气附近区域受空燃比影响较小,在稀混合气时受空燃比影响大,随A/F增大而增大,且具有较高的净化率。通过以上试验结果分析可知:在功率混合气区到经济混合气,净化率受空燃比影响较小,在稀混合气区受空燃比影响较大,随A/F增大而增大。4.32空燃比的影响在图6中,1号净化器对CO的净化率由浓混合气到经济混合气时随A/F增大而增大,最大为60%;A/F介于16.2～17.6随A/F增大而下降,之后在稀混合气区随A/F增大而增大,且受A/F的影响较大。对HC受空燃比影响较大,随A/F的增大而减少,在功率混合气时具有相对较高的净化率42%。对NO和NOX的净化率从浓混合气到经济混合气时随A/F增大而减少,在稀混合气时,净化率随A/F增大而升高,且受空燃比的影响较大。在图7中,2号净化器对CO的净化率受空燃比影响较大,从浓混合气到经济混合气时随A/F增大而增大,可达95%。对HC的净化率受空燃比影响也较大,当A/F介于8.8～11.8之间时随A/F的增大而减小,当A/F介于11.8～14.0之间时随A/F的增大而增大,当A/F介于14.0～16.2时随A/F的增大而减少。对NO和NOX的净化率从浓混合气到经济混合气附近,随A/F增大而减少,由90%减少到5%,在稀混合气区受空燃比影响大,且随A/F增大而增大。两种净化器对CO的净化率受空燃比影响较大,随A/F增大而增大,在功率混合气附近具有相对较高的净化率。对HC的净化率受空燃比影响也较大,随A/F增大而减少,在理论空燃比附近净化效果较好。对NO和NOX的净化率受空燃比的影响很大,从浓混合气到经济混合气随A/F增大而减少,在稀混合气时随A/F增大而增大,在功率混合气区具有相对较高的净化率。通过以上试验结果分析可得出如下结论:稀土三元催化净化器的净化率受空燃比影响较大,在理论混合气附近具有相对较高的净化率,除HC外,其他三种污染物在稀混合气区具有较高的净化率,且随A/F增大而增大。稀土三元催化剂在稀混和气区具有相对较高的净化率,其主要原因是(1)在稀混和气区内,排气温度较高,有利于稀土催化剂的活性发挥;(2)在稀混和气区内,富氧多,有利于CO、HC和NOX的氧化还原反应。5不同转速和负荷对稀土三元催化分离器净化率的影响以f(1)稀土三元催化净化器净化效率受空燃比A/F影响较大。空燃比介于10.29～16.17时,对CO、HC的净化效率随A/F增大先增大后减小,对NO、NOX的净