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465汽油机稀薄燃烧及NOx排放催化控制研究

冯洪庆  
【摘要】:节约能源和保护环境是人类社会可持续发展的两大要素。内燃机的进一步发展必须满足低油耗和低排放的要求。汽油机稀薄燃烧不仅可以有效的降低燃油消耗,从而减少温室气体CO2的排放,还可以大大降低HC和CO的排放,但稀燃条件下NOx的排放问题限制了稀燃汽油机的发展。因此,进一步研究稀薄燃烧及NOx排放控制技术非常重要。 在稳流气道试验台上测量了试验用465汽油机的缸内流动,并采用Ricardo方法进行了评价。465汽油机具有较强的滚流性能;可以实现稀薄燃烧,节油率为12%左右,稀燃极限为21-22;分析了汽油机排放生成机理、稀燃排放特征及机内净化策略。 分析了三效催化器的储氧机理,结合汽油机稀燃排放特征,在高空燃比稀燃和三效催化器控制NOx的基础上,进一步提出了采用空燃比浓稀变换和三效催化器结合的控制策略,有效降低了排气中O2浓度,并充分利用了浓燃时含量较高的还原气体CO,从而使较高空燃比稀燃条件下NOx的转化效率提高到45%以上,使稀燃排放达到欧Ⅱ标准要求的相当水平。 研究了用于汽油机稀燃排放控制的分子筛选择还原催化剂,在实际稀燃排气条件下研究了原位合成的各分子筛催化剂的作用机理和性质。突破传统HC-SCR机理的限制,试验表明分子筛催化剂(如Ir-ZSM5、Cu-Pd-ZSM5等)可以利用稀燃排气中的CO,实现还原NOx的CO-SCR反应,从而大大提高分子筛催化剂的活性,超过80%。研究了多种双金属分子筛催化剂,可以有效的提高催化剂活性,拓宽活性温度区间。对于某些分子筛催化剂,HC在还原NOx的过程中转化为CO。 基于在稀燃汽油机排放机内净化和分子筛催化剂研究取得的成果,本文进一步提出三种排放综合控制策略,即(1)机内净化和高活性分子筛催化剂综合控制策略;(2)不同催化机理(即可产生CO和可进行CO-HCR反应)的分子筛催化剂的组合控制策略和(3)空燃比浓稀控制与分子筛催化剂的组合控制策略。三种综合控制策略均可使稀燃汽油机稳态排放达到欧Ⅲ标准的相当水平,节油率为8%-10%。


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