稀土三元催化劑在空燃比上的試驗(yàn)研究

稀土三元催化劑在空燃比上的試驗(yàn)研究

1稀土三元催化劑的研究自1969年以來(lái)，世界各國(guó)都致力于對(duì)汽車尾氣的催化劑凈化。自1977年以來(lái)，三劑藥物（tc）已開(kāi)始可同時(shí)減少co、hc和nox。三元催化劑所含的貴金屬Pd、Pt、Rh儲(chǔ)量稀少、價(jià)格昂貴。三元催化劑性能優(yōu)越,但只有在空燃比14.7時(shí),與由λ傳感器等組成的λ調(diào)節(jié)系統(tǒng)配套才能取得同時(shí)有效降低三種排氣污染物的效果,因此目前在我國(guó)推廣該技術(shù)有一定的難度。我國(guó)科研人員經(jīng)過(guò)近30年的努力,使稀土三元催化劑的研究和開(kāi)發(fā)取得了很大的進(jìn)展。雖然其凈化效果不如貴金屬三元催化劑,但因價(jià)格低廉、熱穩(wěn)定性好,儲(chǔ)量豐富等日益受到人們的重視。2測(cè)試系統(tǒng)的組成為了研究空燃比對(duì)稀土三元催化劑凈化效率的影響,作者設(shè)計(jì)了由試驗(yàn)控制臺(tái)、北京492Q發(fā)動(dòng)機(jī)、電力測(cè)功機(jī)、廢氣分析儀、NOX測(cè)試儀、壓差計(jì)、油耗儀、空氣流量計(jì)以及稀土三元催化凈化器組成的測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)圖如圖1所示。在該測(cè)試系統(tǒng)中,根據(jù)試驗(yàn)所需,將空氣流量計(jì)與壓差測(cè)量?jī)x用塑料軟管連接后,安裝在化油器上,試驗(yàn)所用的凈化器裝在原機(jī)消聲器的位置。同時(shí)為方便起見(jiàn),將試驗(yàn)所用的三種凈化器進(jìn)行了編號(hào):1號(hào)為單塊直通式凈化器(由中國(guó)汽車技術(shù)研究中心提供);2號(hào)為雙塊直通式凈化器(由北京綠星特種催化劑公司提供);3號(hào)為原機(jī)消聲器。3關(guān)于效率測(cè)試的參數(shù)、測(cè)量方法和系統(tǒng)工作原則3.1測(cè)試樣品的制備試驗(yàn)選用的發(fā)動(dòng)機(jī)是北京492Q四沖程汽油機(jī),其排量為2.445L,標(biāo)定功率為57kW,最高轉(zhuǎn)速為3800r/min。凈化器所用的催化劑均采用浸漬法制成,以稀土鈣鈦礦型金屬氧化物為主要成分,并加有一定量的貴金屬作為助催化劑。試驗(yàn)樣品參數(shù)為:1號(hào)凈化器為400目/cm2,長(zhǎng)軸為127mm,短軸為87mm;2號(hào)凈化器安裝兩塊催化劑載體,均為400目/cm2,長(zhǎng)軸為127mm,短軸為87mm。3.2主要參數(shù)的確定根據(jù)試驗(yàn)研究的要求以及數(shù)據(jù)處理的需要,試驗(yàn)需測(cè)量的主要參數(shù)有(1)油耗率;(2)空氣流量;(3)CO、HC、NO、NOX的含量。3.3q發(fā)動(dòng)機(jī)雙腔化油器的重復(fù)使用技術(shù)試驗(yàn)中,將廢氣分析儀和NOX測(cè)試儀的取樣探頭直接插入凈化消聲器的出口以采集部分廢氣,并通過(guò)廢氣分析儀和NOX測(cè)試儀對(duì)CO、HC、NO和NOX進(jìn)行測(cè)定。對(duì)試驗(yàn)所用的北京492Q發(fā)動(dòng)機(jī)的雙腔化油器進(jìn)行了必要的技術(shù)調(diào)整。具體的方法如下:首先將化油器主腔、副腔的量孔換成可調(diào)式油針,并將化油器副腔的可調(diào)式油針順時(shí)針旋到底,然后再逆時(shí)針旋出1/4圈,并且在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中將其固定保持不變,只調(diào)整主腔油針,使得空燃比由小到大。將化油器的主腔、副腔空氣量孔全部堵死,使復(fù)雜的雙腔化油器改變成為一個(gè)簡(jiǎn)單化油器。先將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開(kāi)度調(diào)至某一數(shù)值,并保持不變。然后通過(guò)調(diào)節(jié)主腔油針來(lái)改變供油量,以達(dá)到調(diào)節(jié)空燃比的目的,使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的空燃比條件下工作,再通過(guò)專用儀器設(shè)備測(cè)量各污染物的排放量。4凈化效率曲線分析4.11凈化率隨a/f的變化情況在圖2中,1號(hào)凈化器對(duì)CO的凈化率自濃混合氣至經(jīng)濟(jì)混合氣內(nèi)隨A/F的增大而增大,到A/F=16.2時(shí)達(dá)到80%,而后又隨A/F增大而略降。對(duì)HC的凈化率自濃混合氣至經(jīng)濟(jì)混合氣內(nèi)隨A/F的增大而增大,當(dāng)A/F=13.2時(shí)達(dá)最大值87.2%,而后隨A/F的增大而下降,到經(jīng)濟(jì)混合氣(A/F=16.2)時(shí)達(dá)最小值24%,后又隨A/F的增大而上升。對(duì)NO、NOX的凈化率在濃混合氣至經(jīng)濟(jì)混合氣內(nèi)隨A/F的增大而下降,而后隨A/F的增大稍增大。在圖3中2號(hào)凈化器對(duì)CO的凈化率從濃混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣時(shí)隨A/F的增大而增大,在經(jīng)濟(jì)混合氣時(shí)達(dá)最大值97.6%后開(kāi)始下降,到A/F=19.1處于稀混合氣時(shí),凈化率又急劇上升。對(duì)HC的凈化率在A/F=13.2時(shí)達(dá)82%,之后隨A/F的增大下降到51%,而后隨A/F的增大而增大,混合氣越稀薄,凈化率越高,可達(dá)90%以上。對(duì)NO和NOX的凈化率從濃混合氣到功率混合氣時(shí)隨A/F增大,凈化率由97%下降到24%左右。兩種凈化器對(duì)CO的凈化總趨勢(shì)是隨A/F增大,凈化率升高,并且分別在經(jīng)濟(jì)混合氣和稀混合氣時(shí),具有較高的凈化率。對(duì)HC的凈化率受A/F影響大,且隨A/F的增大而增大,在功率混合氣附近凈化效果比較理想,在稀混合氣區(qū)凈化率最高。對(duì)NO和NOX的凈化總體上受空燃比影響較大,在濃混合氣時(shí)凈化效果較為理想。綜上所述,自濃混合氣開(kāi)始,凈化率隨A/F增大而增大,受空燃比影響較大;在稀混合氣時(shí),具有最好的凈化效果,在A/F=10.3～16.2時(shí)具有較高的凈化率。4.22空燃比和濃混合氣凈化率隨a/f的變化而變化的特征在圖4中,1號(hào)凈化器自濃混合氣到稀混合氣,對(duì)CO的凈化率受空燃比影響較大,隨A/F增大而增大,但總體凈化率低,不足20%。對(duì)HC的凈化率受空燃比影響較大,從濃混合氣時(shí)的96%下降到功率混合氣的39%,之后在稀混合氣區(qū)隨A/F增大而增大,但在理論值附近,受空燃比影響較小。對(duì)NO和NOX的凈化率受空燃比影響很大,對(duì)NOX,由A/F=10.3的96%下降到A/F=14.0時(shí)的5.5%之后,NO和NOX都隨A/F的增大而增大,在稀混合氣區(qū)具有很高的凈化率,NO可達(dá)95%～98%。在圖5中,2號(hào)凈化器對(duì)CO的凈化率自濃混合氣時(shí)隨A/F的增大而漸增,當(dāng)A/F=11.0時(shí)達(dá)16%后隨A/F增大而下降到A/F=13.97時(shí)的8%,之后隨A/F的增大而增大,當(dāng)A/F=16.17時(shí),凈化率達(dá)70%。對(duì)HC的凈化率由在濃混合氣的36%上升到理論混合氣的79%后又下降到經(jīng)濟(jì)混合氣的51%,而后隨A/F增大其凈化率也增大,可達(dá)95%。對(duì)NO和NOX的凈化率在功率混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣受空燃比影響較小,且具有較高的凈化率達(dá)76%,在A/F=16.2～19.1時(shí),凈化率隨A/F增大而迅速減少。兩種凈化器對(duì)CO的凈化率受空燃比影響較大,隨A/F的增大而增大。在濃混合氣和功率混合氣時(shí)凈化率相對(duì)較低,在稀混合氣時(shí)凈化率較高。對(duì)HC的凈化率受空燃比影響大,在功率混合氣和稀混合氣時(shí)具有較高的凈化率。對(duì)NO和NOX的凈化率在功率混合氣附近區(qū)域受空燃比影響較小,在稀混合氣時(shí)受空燃比影響大,隨A/F增大而增大,且具有較高的凈化率。通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果分析可知:在功率混合氣區(qū)到經(jīng)濟(jì)混合氣,凈化率受空燃比影響較小,在稀混合氣區(qū)受空燃比影響較大,隨A/F增大而增大。4.32空燃比的影響在圖6中,1號(hào)凈化器對(duì)CO的凈化率由濃混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣時(shí)隨A/F增大而增大,最大為60%;A/F介于16.2～17.6隨A/F增大而下降,之后在稀混合氣區(qū)隨A/F增大而增大,且受A/F的影響較大。對(duì)HC受空燃比影響較大,隨A/F的增大而減少,在功率混合氣時(shí)具有相對(duì)較高的凈化率42%。對(duì)NO和NOX的凈化率從濃混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣時(shí)隨A/F增大而減少,在稀混合氣時(shí),凈化率隨A/F增大而升高,且受空燃比的影響較大。在圖7中,2號(hào)凈化器對(duì)CO的凈化率受空燃比影響較大,從濃混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣時(shí)隨A/F增大而增大,可達(dá)95%。對(duì)HC的凈化率受空燃比影響也較大,當(dāng)A/F介于8.8～11.8之間時(shí)隨A/F的增大而減小,當(dāng)A/F介于11.8～14.0之間時(shí)隨A/F的增大而增大,當(dāng)A/F介于14.0～16.2時(shí)隨A/F的增大而減少。對(duì)NO和NOX的凈化率從濃混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣附近,隨A/F增大而減少,由90%減少到5%,在稀混合氣區(qū)受空燃比影響大,且隨A/F增大而增大。兩種凈化器對(duì)CO的凈化率受空燃比影響較大,隨A/F增大而增大,在功率混合氣附近具有相對(duì)較高的凈化率。對(duì)HC的凈化率受空燃比影響也較大,隨A/F增大而減少,在理論空燃比附近凈化效果較好。對(duì)NO和NOX的凈化率受空燃比的影響很大,從濃混合氣到經(jīng)濟(jì)混合氣隨A/F增大而減少,在稀混合氣時(shí)隨A/F增大而增大,在功率混合氣區(qū)具有相對(duì)較高的凈化率。通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果分析可得出如下結(jié)論:稀土三元催化凈化器的凈化率受空燃比影響較大,在理論混合氣附近具有相對(duì)較高的凈化率,除HC外,其他三種污染物在稀混合氣區(qū)具有較高的凈化率,且隨A/F增大而增大。稀土三元催化劑在稀混和氣區(qū)具有相對(duì)較高的凈化率,其主要原因是(1)在稀混和氣區(qū)內(nèi),排氣溫度較高,有利于稀土催化劑的活性發(fā)揮;(2)在稀混和氣區(qū)內(nèi),富氧多,有利于CO、HC和NOX的氧化還原反應(yīng)。5不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)稀土三元催化分離器凈化率的影響以f(1)稀土三元催化凈化器凈化效率受空燃比A/F影響較大。空燃比介于10.29～16.17時(shí),對(duì)CO、HC的凈化效率隨A/F增大先增大后減小,對(duì)NO、NOX的凈