汽车论文|车用排气催化转化器与发动机的匹配

     2.3.2　二次空气与补气
　　发动机混合气较浓时，排气中的HC和CO排放量大，为提高其转化率，有必要补充一定量的O2。补O2量的多少以及补O2方式影响催化转化器的转化率和寿命，需要与发动机的工况相匹配。

   2.3.3　净化率与发动机性能
　　在选择催化剂及载体时，一方面要考虑发动机的排量以及排放状况，达到高净化率的要求；另一方面，必须保证排气系统的通畅，减小催化转化器对发动机性能的影响。在催化转化器结构设计时，要充分考虑整个排气系统的结构，既保证总的催化剂质量，又使得载体布置合理。

    2.4　催化转化器试验匹配

　　车用排气催化转化器是否能满足设计要求，必须进行系统地试验。

    2.4.1　发动机台架试验
　　目的在于考核发动机全工况下工作时的性能状况和催化转化器的工作特性，检查催化转化器对发动机功率输出和燃油消耗量等方面的影响，进行催化转化器的结构调整和优化。

    2.4.2　道路试验
　　目的在于测试汽车在行驶条件下催化转化器对整车最高车速、加速能力以及噪声等方面的影响。整车动力性试验也可在底盘测功机上进行。

    2.4.3　认证试验
　　按工况法试验标准进行汽车的排放测试。

     2.4.4　可靠性试验
　　通过快速老化试验、振动与冷热冲击试验等考核催化转化器的机械可靠性、工作耐久性和寿命。

3　车用排气催化转化器的开发

　　结合NF125摩托车排气催化转化器的开发实践，介绍催化转化器与发动机的匹配过程和效果。
　　由于摩托车的排气系统具有装饰功能，在结构设计中，将净化功能与消声功能复合在一起，按净化消声器的思路进行结构设计。
　　由于摩托车的排气温度较高，受高温和高速废气的不断冲击，工作条件较恶劣，要求催化剂具有好的热稳定性，载体具有较高的机械强度和较小的热容量和热膨胀系数，以利于保证低温下的转化率。选择金属网状载体除了能满足上述要求外，还具有流动阻力小，对排气系统的影响小，能按要求设计成特殊的形状布置在排气系统中；选择稀土—贵金属—过渡金属氧化物的高效复合型催化剂，既能避免稀土催化剂的某些缺陷，又具有贵金属的优良特性，适合于排放状况较为恶劣的二行程汽油机。
　　摩托车排气净化消声器的结构对发动机的性能影响较大，在结构设计时，要充分考虑到排气系统的结构特点，利用排气动态效应的模拟计算进行排气系统的结构优化，确定载体的结构、尺寸和安装位置。按照“分级净化、逐级推动”的思想，将催化剂载体分为两级，前级催化剂载体主要用于起燃，放置在靠近发动机排气口的位置；前级未净化的部分由后级催化剂进一步净化。这种方案既可以保证高的净化率，又可以使发动机的功率下降小。另外，二行程汽油机的混合气较浓，排气中HC和CO的含量较高，O2的含量较低，为了保证HC和CO的净化率，在排气管中引入二次空气。
　　按照上述原则设计的排气净化消声器必须通过试验进行进一步优化匹配。表1给出NF125摩托车排气净化消声器对于发动机动力性和经济性影响的台架试验结果。可以看出，安装净化消声器后，发动机的动力性指标变化不明显，其油耗率也基本保持了原机水平。表2给出了NF125摩托车排气净化消声器的净化效果。可以看出，该净化消声器具有较好的怠速净化效果。通过道路试验证实，装备有该净化消声器的NF125摩托车在行驶6 000 km以后，HC和CO仍能保持较高的净化率。

表1　NF125摩托车安装排气净化消声器前后外特性试验结果

　 n/
(r^.min^－1) T_tq／
N^.m P_e／
kW t／
s b_e／
(g^.kWh^－1) 原消声器 7 561 11.90 9.426 9.38 442.84 6 937 11.10 8.063 10.58 458.96 6 515 10.51 7.172 11.64 468.96 5 998 9.63 6.048 13.05 496.03 5 04