摘要
随着国Ⅵ法规的推行，当量燃烧结合TWC成为天然气汽车达到排放标准的主要技术路径。与传统汽油机不同，天然气汽车尾气中HC的主要成分为CH4，此外，由于天然气的燃烧速度缓慢，所以排气温度明显升高，排气参数（如排气温度、排气组分等）的不同决定了传统三效催化器并不适用于天然气汽车的尾气净化。 针对以上问题，为了提高催化器的催化转化效率，同时降低后处理系统的成本，本文以MT13天然气发动机为研究对象，重点研究发动机控制参数（包括过量空气系数、EGR率、点火时刻）对发动机燃烧及排放性能的影响，以及催化器设计参数（包括贵金属负载量、Pt/Pd/Rh贵金属配比、载体孔密度等）对催化性能的影响。 为研究发动机控制参数对催化器催化转化效率的影响，根据化学反应动力学以及传热传质理论，搭建了TWC的数学模型，并利用台架试验数据对模型参数进行标定和修正，最后对传质模型、传热模型和化学动力学模型分别进行验证。 发动机的运行工况会显著影响TWC的入口气体状态，从而影响催化器的催化性能，本文通过“十字交叉法”分别研究运行转速及负荷对催化器入口气体参数的影响。由于在高转速下，反应气体在催化剂中的停留时间较短，催化转化效率较低，所以通过定负荷变转速研究分析不同催化器的减排特性。 研究结果表明，当过量空气系数在理论值附近小范围内变化时，发动机的动力性及经济性变化不大，但原机排放和催化效率会发生明显变化。引入适当的废气量能够提高进气量，从而提高发动机的动力性；但如果引入过量的废气，缸内燃烧会严重恶化，热效率显著降低，此外，EGR率较高时，CO的转化效率降低。推迟点火角能够显著降低气耗率，但受到爆震边界的限制，排气中NO的浓度随点火提前角的增大明显上升，CO的转化效率随之提高。 适当增加贵金属负载量能够提高催化器的催化性能，尤其是在高转速工况下。增加催化剂中贵金属Pt的含量能够提高催化器对THC的催化转化效率；低铂及钯铑催化剂在高转速下对THC的转化效率明显下降；当转速较高时，催化剂中贵金属Rh的含量显著影响NOx、CO的转化效率。增大载体的孔密度能够明显提高催化反应速率；在中等转速及低转速下，600目与400目催化器的催化性能相差不大；但在高转速下，高目数TWC的催化转化效率明显较高。
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