2016年第5期废气净化
国外内燃机
满足未来排放法规的先进三元催化器技术【德】J.SchoenhaberJ.M.RichterJ.DespresM,SchmidtS.SpiessM.Roesch
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摘要：欧洲的新排放法规欧6要求在更多实际行驶工况下达到更严格的碳氢化物（HC)、一氧化碳（CO)、氮氧化物（NO,）和颗粒物排放。该法规还将引入测量CO，排放的全球统一的轻型车试验规程（WLTP)行驶循环和新的实际行驶排放（RDE)要求。RDE法规要求确保现代车辆在所有常态行驶工况下都符合排放法规。这就需要有更可靠的排气后处理措施来满足这些新要求。介绍1种为应对新法规而改进的汽油机用三元催化器。在稳态和动态工况下，在若干发动机和车辆上按各种行驶循环对这种催化器进行了试验。这种催化器与之前几代催化器相比具有更好的热稳定性和更低的排气背压。这种新三元催化器具有能降低30%NO，排放的潜力，更重要的是，它能在高动态工况下提高CO/NO，的转化效率。最后，诊断显示，新三元催化器的储氧能力得到了优化。
关键词：催化剂配方排放三元催化器
0前言
欧洲和美国现行排放法规的目标是提高乘用车的燃油经济性和降低有害污染物排放。例如，美国要求燃油经济性必须从目前的平均值35mile/g提高到 2025年的约50mile/gl")。在欧洲，对汽车制造商也提出了类似的要求。2021年，新注册汽车的CO排放量必须低于平均值95g/km，并且极有可能决定将更接近于实际行驶状况的全球统一的轻型车试验规程(WLTP)代替现行的新欧洲行驶循环(NEDC)草案。同时，欧6法规将引人新的实际行驶排放(RDE)要求，以确保车辆在所有正常行驶工况下的有害污染物排放符合现行排放限值。在美国的LEV3法规中引人了更严格的非甲烷有机气体（NMOG)和氮氧化物(NO,)排放限值[34)。为满足未来排放和燃油经济性的要求，车辆开始配装涡轮增压直喷汽油机，因为它与进气道喷油发动机相比，具有更优异的燃油经济性、更高的功率密度和更好的驾驶性5)。这些新的涡轮增压直喷汽油机具有一些创新技术特征，如停缸和可变气门正时。这些新技术优化了燃烧过程。同时，这些车辆还采用先进的发动机标定策略，如优化冷起动时的暖机策略和怠速期间的发动机停机策略（自动起停）。1种在正常行驶时采用的降低浓混合气所占比例的改进空燃比入控制策略也是这种先进发动机
编著，
①为了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定单位万方数据
标定的主要特征。发动机技术的进步和未来日趋严格的燃油耗法规（CO,法规），以及政府推出的排放法规(如欧6、LEV3)将给未来的排气后处理带来更多的困难。优化的燃烧和增压技术使发动机低负荷时的排气温度明显降低，因而导致催化剂的工作温度降低。这给三元催化器的催化性能带来了不利影响，同时也不利于满足未来更低的排放限值。另外，诸如减速断油、扫气和高负荷时禁止形成浓混合气等项的措施会使排气温度达到900～950℃，这会引起催化剂的严重老化”。同时，未来的动态行驶工况和RDE要求会导致车辆行驶时频颖紧的浓-稀混合气和稀-浓混合气转换。因此，要求催化器具有较高的动态储氧能力(OSC)，以避免稀燃排气带来的NO.超标。最后：为符合现有的车载诊断(OBD)法规，催化器必须在整个寿命期内保持合理的储氧能力。综上所述，需要开发 1种新的三元催化器来满足未来的所有要求。催化器开发的主要目标是优化储氧材料，使其在宽广的空燃比入范围内具有出色的CO/NO，转化效率，特别是在动态工况和大排气流量工况时。另外1个重要目标是调整新催化器的总储氧量，以满足催化器诊断要求。同时，新催化器的排气背压应与先前催化器的背压相当或更低，以避免燃油和功率损失。由于采用了积极的冷起动催化剂加热措施，如目前增压直喷汽油机采用的推点火和/或多次燃油喷射措施，开发阶段不用太关注催化剂的起燃性能。这些冷起动加热措施确保了排气系统的快速升温。