基于三轮摩托车排放特征的催化转化器匹配优化研究

摘要：对三轮摩托车排放特征的采集分析，配以不同贵金属含量的催化转化器，通过对催化转化器的动态转化效率的综合考虑，合理优化适合三轮摩托车后处理器技术措施。

关键词 ：三轮摩托车 排放催化转化器动态转化效率 优化

0前言

三轮摩托车具有油耗低、性能稳定、价格适中等优势在农村和城镇得到了广泛使用，国产三轮摩托车大多使用二轮摩托车的发动机平台，通过档位传动比的变化满足三轮摩托车驱动输出要求，因此三轮摩托车在承载范围宽、道路适应性强的使用需求下，具有车速低、输出扭矩大、发动机转速高、热负荷高的特点，排放特征与二轮摩托车有所区别。

目前国内三轮摩托车企业在应对国Ⅲ排放的技术路线中，主要为“精确控制供油系统（电喷方案或精调化油器）+二次进气+催化转化器”。因此，催化转化器的性能评价、与整车系统的匹配优化成为该部件应用环节的主要关键因素。

1. 试验装置和方法

1.1试验装置

本文选取某款三轮载货摩托车作为试验样车，发动机为单缸、四冲程，150ml排量。试验样车采用“化油器+双极二次补气+双极催化转化器”的技术方案。排放分析设备为天津内燃机研究所开发设计的MCDS07多通道测试系统和AVL AMA1800 CVS测试系统，底盘测功机为天津科达动力测控技术有限公司的性能底盘测功系统。

试验过程中，在消声器的两级催化器前、后分别设置采样点进行动态排放、温度、空燃比等数据采集，试验配置参见图1。

图1. 消声器内数据采集配置

1.2试验方法

将样车置于底盘测功机上，按照国Ⅲ排放法规中Ⅰ型试验的测试工况进行运转，通过多通道测试系统同步采集发动机的动态排放历程和动态温度历程，通过对不同催化转化器的匹配优化，以及通过二次进气对消声器内废气条件的调整，分析不同配方的催化转化器对排放结果的影响，提出适合三轮摩托车的催化转化器应用方案。

2. 三轮摩托车排放特征

2.1温度

通过对试验样车进行动态排放测试分析，车辆热负荷较高，并且冷启动时间很短，T1温度探头布置在距离发动机排气口50~60cm范围内，温度在100s内及上升至800℃左右，如图2所示。

图2.消声器内温度场分布

2.2 HC

HC排放整体较高，在冷启动阶段过后通过催化转化器的作用大幅降低，冷启动阶段HC在排放过程的贡献率中约占50%左右，如图3所示。

（a）动态排放特征

（b）质量排放特征

图3.HC排放特征

2.3 CO

CO主要产生在加速过程中，冷启动阶段的贡献率略高，主要原因是催化转化器在正常工作后加速阶段没有足够的氧气进行氧化反应，如图4所示，提高加速过程中尤其是高负荷阶段消声器内的氧含量，是改善催化转化器工作条件降低CO排放的有效手段。

（a）动态排放特征

（b）质量排放特征

图4.CO排放特征

2.4 NOx

NOx主要产生在高负荷工况的加速阶段，通过催化转化器后对NOx的控制有效果，还需要进一步提高，如图4所示。进一步提高NOx的转化效率需要降低废气中的氧含量，与其它成分对废气条件的要求相反，需要综合考虑废气条件对转化效率的影响。

（a）动态排放特征

（b）质量排放特征

图3.NOx排放特征

3.催化转化器匹配

3.1消声器内废气环境改善

消声器内废气条件是催化转化器高转化效率工作的必要条件之一。通过二次进气机构的补给，能过改善消声器内废气条件，提高催化转化器转化效率，如图4所示，通过二次进气位置和簧片阀参数的调整，提高了第二级催化器前氧浓度，催化转化器后CO浓度进一步降低。

（a）废气中氧含量调整

（b）氧含量调整后CO浓度

图4. 废气环境改善

3.2催化转化器配方调整

根据发动机原始排放数据及消声器内废气环境进行综合分析，选择适合的催化转化器进行匹配优化，在废气条件满足催化转化器工作条件的前提下，调整催化转化器配方，达到排放降低的目的，如图5所示，经调换配方后，CO降低效果明显。

（a）催化转化器调整前

（b）催化转化器调整后

图5.催化转化器调整

3.3动态转化效率

在国Ⅲ排放法规的匹配过程中，对试验循环中动态工况重点关注，如图6所示。动态工况中的高排放瞬态峰值对整体排放结果有明显影响，降低动态峰值是改善排放结果的有效方法。

图6. 动态工况

4.总结

在排放控制方案的制定过程中，根据排放特征选择适合三轮摩托车的催化转化器方案，通过改善消声器内废气条件的途径提高转化效率，在此

基础上对动态数据进行分析，迅速发现问题，提高匹配效率，对排放结果进一步优化。

参考文献

[1] 周龙保.《内燃机学-(第2版)》机械工业出版社.

[2] 林漫群, 贾滨等.《摩托车催化转化器应用中的若干问题探讨》摩托车技术 2004年 第11期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。