Pd-Rh üç yollu katalizator (three-way catalyst, TWC), benzin mühərriki egzozundakı karbon monoksid, karbohidrogenlər və azot oksidlərini stoxiometriyaya yaxın şəraitdə eyni vaxtda çevirmək üçün istifadə olunan egzoz son emal katalizatorudur. Bu çalışma plug-in hibrid elektrikli avtomobillərdə katalizator seçiminin yalnız ümumi qiymətli metal yükü və ya tək bir light-off temperaturu ilə aparılmasının kifayət edib-etmədiyini araşdırmışdır. Ortaq 980 °C/15 saat sürətləndirilmiş istilik yaşlandırmasına məruz qoyulan Pt ehtiva etməyən üç Pd-Rh formulyasiyası; light-off, temperatur-qaz saatlıq həcm sürəti və λ taramaları ilə eksperimental olaraq xarakterizə edilmiş, əldə edilən çevrilmə xəritələri daha sonra avtomobil, mühərrik çıxışı emissiyaları, katalizator termal davranışı və egzoz son emal modellərinə bağlanaraq WLTC və təmsili bir RDE profili üzərində qiymətləndirilmişdir. Nəticələr ən yüksək ümumi qiymətli metal yükünə malik TWC-3-ün hər şəraitdə ən aşağı emissiyanı təmin etmədiyini; TWC-2-nin CO, karbohidrogen və NO/NOx nəzarəti baxımından daha geniş iş sahəsində daha balanslı olduğunu göstərmişdir.

Üç formulyasiya eyni substrat həndəsəsindən istifadə etmişdir. TWC-1-in ümumi PGM kütləsi 3,32 g, TWC-2-nin 5,32 g və TWC-3-ün 8,86 g-dır. Buna qarşılıq TWC-2-nin Pd/Rh kütlə nisbəti 9,57 ikən TWC-3-də nisbət 19,00-a yüksəlir. Bu səbəbdən TWC-3 yalnız “daha çox qiymətli metal” ehtiva edən katalizator deyil; eyni zamanda Rh-yə görə nəzərəçarpacaq dərəcədə daha çox Pd ehtiva edən fərqli formulyasiya strategiyasıdır.

30.000 h⁻¹ light-off şəraitində TWC-3 CO üçün ən aşağı T50 və T90 temperaturlarını verərkən, C3H6 və NO üçün ən aşağı T50 dəyərləri TWC-2-də əldə edilmişdir. 50.000 h⁻¹ şəraitində isə TWC-2 hər üç çirkləndirici üçün də ən aşağı T50 və T90 dəyərlərini göstərmişdir. Tam sürüş dövrlərinə keçildikdə fərq daha aydın olmuşdur: TWC-2, TWC-3-ə görə proqnozlaşdırılan TWC çıxışı CO emissiyasını WLTC-də %10,0, RDE profilində %36,4; NOx emissiyasını isə müvafiq olaraq %4,1 və %18,8 azaltmışdır. TWC-2 eyni zamanda hər iki qiymətləndirmədə ən aşağı dövr inteqrə olunmuş THC emissiyalarını yaratmışdır.

Bu nəticələr “daha yüksək PGM yükü = daha yaxşı avtomobil səviyyəli emissiya performansı” şəklindəki sadə sıralamanın keçərli olmadığını göstərir. Bununla birlikdə çalışma TWC-2 ilə TWC-3 arasındakı fərqi təkbaşına Pd, Rh və ya Pd/Rh nisbətinin müstəqil səbəbkar təsiri kimi şərh etməyə imkan vermir; çünki bu dəyişənlər eksperimental dizaynda bir-birindən müstəqil dəyişdirilməmişdir.

Araşdırma problemi

Plug-in hibrid elektrikli avtomobillər mühüm elektrikli sürüş payına sahib olsalar da, daxili yanma mühərrikini tamamilə aradan qaldırmır. Mühərrik; soyuq ilk işəsalmada, yenidən işə qoşulmalarda, sürətli sürətlənmədə, yüksək güc tələbində və ya batareya şarj vəziyyəti azaldıqda işləyə bilər. Bu hadisələr xüsusilə katalizator effektiv temperatura çatmadan əvvəl CO, THC və NOx emissiyalarının qısa müddətli, lakin yüksək səviyyələrə çıxmasına səbəb ola bilər.

Bir PHEV-in katalizatoru yalnız soyuq işəsalmada deyil; təkrarlanan mühərrik açma-bağlama hadisələrində, yüksək egzoz debisində və stoxiometriyadan zəngin və ya kasıb istiqamətdə keçici sapmalarda da işləmək məcburiyyətindədir. Buna görə tək bir laboratoriya light-off testində yaxşı görünən formulyasiyanın tam sürüş dövründə də ən yaxşı formulyasiya olacağı zəmanətli deyil.

Araşdırmacıların əsas hipotezi tək bir light-off sıralamasının və ümumi qiymətli metal miqdarının dövr səviyyəli emissiya performansını proqnozlaşdırmaq üçün yetərsiz olmasıdır. Bunun əvəzinə katalizatorun temperatur, GHSV və λ iş sahəsində çox çirkləndiricili çevrilmə davranışının avtomobilin real dövrdə ziyarət etdiyi iş bölgələri ilə uyğunlaşdırılması təklif edilmişdir.

Qaz saatlıq həcm sürəti (GHSV) katalizator performansında niyə vacibdir?

Qaz saatlıq həcm sürəti (gas hourly space velocity, GHSV), vahid katalizator həndəsi həcmindən bir saatda keçən qaz həcmini təmsil edən və qazın katalizator içində istifadə edilə bilən təmas müddəti ilə birbaşa əlaqəli iş parametridir. GHSV yüksəldikdə qaz katalizator yatağından daha sürətli keçdiyi üçün effektiv qalma müddəti qısalır; xüsusilə aşağı temperaturda reaksiya kinetikası da yavaşdırsa, yüksək GHSV çevrilmə itkisini böyüdə bilər.

Çalışmada GHSV bu asılılıqla təyin edilmişdir:

\[ \mathrm{GHSV}=\frac{\dot{V}_{gas}}{V_{CAT}} \tag{1} \]

Burada \(\dot{V}_{gas}\), göstərilən referans şəraitindəki ümumi həcmli qaz debisini; \(V_{CAT}\) isə katalizator nümunəsinin həndəsi həcmini ifadə edir. GHSV-nin vahidi h⁻¹-dir. Riyazi olaraq eyni katalizator həcmində qaz debisinin artırılması GHSV-ni yüksəldir. Fiziki olaraq bunun nəticəsi reaktantların katalitik səthlə qarşılıqlı təsirə girə biləcəyi orta müddətin azalmasıdır.

Bu çalışmada GHSV yalnız müstəqil dəyişən kimi qiymətləndirilməməlidir. Temperatur-GHSV təcrübələrində 25.000, 50.000, 100.000, 150.000, 200.000 və 250.000 h⁻¹ şəraitlərinin hər biri fərqli, lakin təmsili mühərrik çıxışı qaz tərkibləri ilə uyğunlaşdırılmışdır. Buna görə müşahidə edilən dəyişikliklər yalnız qaz sürətinin saf təsirini deyil, müvafiq debi bölgəsinə qarşılıq gələn giriş tərkibinin təsirini də ehtiva edir.

Üç katalizator formulyasiyası

TWC-1 aşağı yükləməli referansdır. TWC-2-də həm Pd, həm Rh təxminən proporsional şəkildə artırılmış və Pd/Rh nisbəti TWC-1-ə yaxın saxlanılmışdır. TWC-3 isə daha çox ümumi PGM və çox daha çox Pd ehtiva edərkən Rh yükü TWC-2-dən bir qədər aşağıdır. Buna görə TWC-2/TWC-3 müqayisəsi izolyasiya edilmiş tək faktorlu Pd və ya Rh təcrübəsi deyil.

Nümunələr və sürətləndirilmiş yaşlandırma

Tam ölçülü katalizator bloklarından 1 düym, yəni 25,4 mm diametrində və 25,4 mm uzunluğunda silindrik monolit nümunələr çıxarılmışdır. Bütün nümunələr 600 cpsi hüceyrə sıxlığına malikdir. Nümunələr kvars reaktor borusunun içinə yerləşdirilmiş və qazın nümunə ətrafından bypass etməsinin qarşısını almaq məqsədilə yüksək temperatura davamlı 3M conta ilə çevrəvi şəkildə sızdırmazlaşdırılmışdır.

Üç katalizator eyni istilik keçmişinə məruz qoyulmuşdur. Otaq temperaturundan 980 °C-yə 5 °C/dəq sürətlə qızdırılmış və 980 °C-də 15 saat saxlanılmışdır. Bu proses avtomobilin bütün xidmət ömrünü tam eyni şəkildə yenidən yaratmaq məqsədi daşımır. Real həyatda katalizator yaşlanması təkrarlanan qızdırma-soyutma dövrlərini, su buxarını, fərqli egzoz komponentlərini və davamlı dəyişən iş şəraitini ehtiva edir. Buradakı protokol formulyasiyaları ortaq və ağır sürətləndirilmiş termal yaşlanma vəziyyətində müqayisə etməyə yönəlib.

Sabit yataqlı sintetik qaz təcrübə sistemi

Mənbənin Şəkil 1-ində göstərilən stend; qaz balonları, təzyiq tənzimləyiciləri, iynə klapanları, kütlə debisi nəzarətçiləri, su evaporatoru, elektrikli boru sobası, kvars reaktor və Fourier çevrilməli infraqırmızı qaz analizatorundan ibarətdir. Hər qaz komponentinin debisi müstəqil olaraq idarə edilmiş; su buxarı digər qazlara reaktordan əvvəl əlavə edilmişdir. Giriş və çıxış tərkibləri MKS MultiGas 6030, model 6030BBG2BZKS13T FTIR analizatoru ilə ölçülmüşdür.

Sintetik qaz təcrübələrində karbohidrogen nümayəndəsi kimi propen, C3H6 istifadə edilmişdir. C3H6 ölçümü birbaşa “THC çevrilməsi” deyil; real mühərrik egzozundakı karbohidrogenlər fərqli adsorbsiya və oksidləşmə xüsusiyyətlərinə malik çox sayda növ ehtiva edir. Dövr modelində C3H6 çevrilmə xəritəsi ümumi karbohidrogenlərin nisbi çevrilmə davranışı üçün vekil kimi istifadə edilmişdir.

Oxşar şəkildə sintetik qarışıqlara azot oksidi kimi yalnız NO verilmişdir. Buna görə stenddə ölçülən kəmiyyət NO çevrilməsidir. Modeldə bu xüsusiyyət mühərrik çıxışı NOx-in baskın komponenti üçün vekil kimi istifadə edilmişdir; dövr səviyyəli NOx nəticələri bu modelləşdirmə fərziyyəsi ilə birlikdə şərh edilməlidir.

λ dəyəri üç yollu katalizatorda CO, karbohidrogen və NO çevrilməsinə necə təsir edir?

Üç yollu katalizatorda λ, egzoz qarışığının zəngin, stoxiometrik və ya kasıb olduğunu müəyyən edən redoks göstəricisidir: λ < 1 zəngin, λ = 1 stoxiometrik və λ > 1 kasıb şəraiti təmsil edir. Zəngin tərəfdə oksigen çatışmazlığı CO və karbohidrogen oksidləşməsini məhdudlaşdırır; kasıb tərəfdə isə artıq oksigen və reduksiyaedici növlərin azalması NO reduksiyasını sürətlə pisləşdirir. Buna görə CO, karbohidrogen və NO-nun eyni anda yüksək çevrilə bildiyi bölgə λ ≈ 1 ətrafındadır və yüksək GHSV bu istifadə edilə bilən pəncərəni daraldır.

Sintetik qarışıq üçün mənbədə istifadə olunan λ tərifi belədir:

\[ \lambda = \frac{ [\mathrm{H_2O}]+[\mathrm{CO}]+2[\mathrm{CO_2}]+2[\mathrm{O_2}]+[\mathrm{NO}] }{ 9[\mathrm{C_3H_6}]+[\mathrm{CO}]+2[\mathrm{CO_2}]+[\mathrm{H_2O}] } \tag{2} \]

Kvadrat mötərizələr komponentlərin giriş molyar qatılıqlarını göstərir. Mənbədə λ hədəfi digər əsas komponentlərin nominal qatılıqları qorunarkən O2 qatılığının dəyişdirilməsi ilə yaradılmışdır.

Anlıq çirkləndirici çevrilmə səmərəsi isə:

\[ \eta_i(t)= \frac{C_{i,\mathrm{in}}(t)-C_{i,\mathrm{out}}(t)} {C_{i,\mathrm{in}}(t)} \times100\% \tag{3} \]

kimi hesablanmışdır. Burada \(C_{i,\mathrm{in}}\) və \(C_{i,\mathrm{out}}\), i çirkləndiricisinin müvafiq olaraq katalizator giriş və çıxış konsentrasiyalarıdır. %100-ə yaxınlaşan dəyər girişdəki çirkləndiricinin böyük hissəsinin müvafiq iş şəraitində çevrildiyini göstərir.

Light-off təcrübələrinin məntiqi

Light-off təcrübələri 30.000 və 50.000 h⁻¹ GHSV-də həyata keçirilmişdir. Katalizator temperaturu 5 °C/dəq sürətlə artırılmış; giriş tərkibi və qaz debisi test boyunca sabit saxlanılmışdır. Performans T50 və T90 ilə ifadə edilmişdir. T50 çevrilmənin %50-yə; T90 isə %90-a çatdığı katalizator temperaturudur. Daha aşağı dəyər daha yaxşı aşağı temperatur aktivliyi deməkdir.

Cədvəldə mənbə mətnində rəqəmsal olaraq yazılmayan qrafik dəyərləri təxmin edilərək doldurulmamışdır. Bu, xüsusilə Verianla-nın “qrafikdən təxminən oxunan dəyəri dəqiq məlumat kimi vermə” qaydası baxımından vacibdir.

Temperatur-GHSV iş sahəsi

Araşdırmacılar katalizatoru yalnız light-off keçidində araşdırmamışdır. 25.000, 50.000, 100.000, 150.000, 200.000 və 250.000 h⁻¹ GHSV şəraitləri ilə 100–650 °C temperatur aralığında geniş çevrilmə sahəsi yaradılmışdır. Nəticələr xüsusilə 350, 450, 550 və 650 °C kəsiklərində müqayisə edilmişdir.

Üç çirkləndirici üçün ortaq meyl GHSV yüksəldikdə çevrilmənin düşməsidir. Ən güclü düşüş 350 °C-də baş vermişdir; çünki bu bölgədə həm reaksiya sürəti temperatura güclü şəkildə bağlıdır, həm də yüksək GHSV qaz qalma müddətini azaldır. 550–650 °C-yə çıxıldıqda katalizatorlar böyük ölçüdə aktivləşdiyi üçün formulyasiya fərqi daha çox ən yüksək GHSV dəyərlərində görünən hala gəlmişdir.

TWC-1 xüsusilə aşağı temperatur ilə yüksək GHSV-nin birləşdiyi bölgədə ən böyük performans itkisini göstərmişdir. TWC-3 CO oksidləşməsində bəzi lokal üstünlüklər göstərə bilsə də, yüksək Pd yükü C3H6 və ya NO çevrilməsində sistematik üstünlük təmin etməmişdir. TWC-2 araşdırılan iş sahəsində aşağı temperatur aktivliyi ilə yüksək axın tolerantlığı arasındakı ən balanslı kombinasiyanı vermişdir.

λ taraması

λ testləri light-off təsirini azaltmaq üçün 500 °C-də və 25.000, 50.000, 100.000 və 200.000 h⁻¹ GHSV-də aparılmışdır. λ, O2 tənzimlənərək 0,80 ilə 1,20 arasında dəyişdirilmişdir.

CO və C3H6 çevrilməsi zəngin tərəfdən λ = 1-ə yaxınlaşarkən kəskin şəkildə yüksəlmişdir. Zəngin şəraitdə oksigen miqdarı bu oksidləşmə reaksiyalarını məhdudlaşdırır. Yüksək GHSV-də qısa qaz qalma müddəti bu problemi gücləndirmişdir. TWC-1 ən həssas formulyasiya olarkən TWC-2 və TWC-3 daha yüksək çevrilmə təmin etmişdir.

NO davranışı əks istiqamətdədir. Zəngin və stoxiometriyaya yaxın şəraitdə yüksək çevrilmə qorunarkən λ-nın 1-i aşması ilə NO çevrilməsi sürətlə azalmışdır. 200.000 h⁻¹ səviyyəsində kiçik bir kasıb sapma belə nəzərəçarpan NO qaçışına yol aça bilmişdir. Beləliklə yüksək GHSV-nin yalnız orta çevrilməni düşürmədiyi, eyni zamanda λ nəzarətindəki qısa müddətli sapmalara həssaslığı da artırdığı görülmüşdür.

Niyə ən yüksək qiymətli metal yükünə malik TWC-3 ən yaxşı katalizator olmadı?

TWC-3 daha yüksək ümumi PGM və çox daha yüksək Pd yükünə baxmayaraq iş sahəsinin tamamında CO, C3H6 və NO çevrilməsini birlikdə ən yaxşı səviyyədə saxlaya bilməmişdir. TWC-2 daha yüksək Rh yükünə, daha balanslı təxminən 9,57 Pd/Rh nisbətinə və aşağı temperatur-yüksək GHSV-λ keçidlərinin birləşdiyi bölgələrdə daha tutarlı çox çirkləndiricili performansa malikdir; lakin eksperimental matrisa Pd, Rh və Pd/Rh nisbətini müstəqil dəyişdirmədiyi üçün TWC-2-nin üstünlüyü təkbaşına müəyyən bir metalın səbəbkar təsirinə bağlana bilməz.

Bu nəticə qiymətli metal miqdarının əhəmiyyətsiz olduğunu göstərmir. Həqiqətən, aşağı yükləməli TWC-1 xüsusilə çətin iş bölgələrində ən çox pisləşməni göstərmişdir. Tapıntıların göstərdiyi nöqtə, müəyyən həddən sonra qiymətli metalın necə paylandığı və formulyasiyanın avtomobilin ziyarət etdiyi temperatur-GHSV-redoks bölgələrində nə qədər effektiv istifadə edilə bildiyinin ümumi metal miqdarı qədər vacib ola biləcəyidir.

Avtomobil və güc ötürmə sistemi modeli

Araşdırılan avtomobil; 2,0 L turboşarjlı dörd silindrli mühərrik, iki pilləli dedicated hybrid transmission, P1 və P3 elektrik maşınları, 355 V/25,6 kWh yüksək gərginlik batareyası və 12 V aşağı gərginlik batareyası ehtiva edən PHEV arxitekturasıdır. Mühərrikin maksimum gücü 140 kW-dır. Avtomobilin boş kütləsi 2511 kg, təkər yuvarlanma radiusu 354,4 mm-dir.

Avtomobil sürəti və yol meyli əvvəlcə tələb olunan dartı gücünün hesablanmasında istifadə edilmiş; güc ötürmə sistemi modeli mühərrikin işləyib-işləməyəcəyini, mühərrik sürətini və torkunu, egzoz kütlə debisini, temperaturunu və λ-nı müəyyən etmişdir. Bu dəyişənlər mühərrik çıxışı emissiya və son emal hesablamalarına ötürülmüşdür.

Mühərrik çıxışı emissiya modeli

Mühərrik çıxışı CO, THC və NOx emissiyaları EGR açıq və EGR bağlı iş üçün ayrı mühərrik sürəti-tork xəritələrindən yaradılmışdır. Stasionar xəritələrin mühərrikin ilk işəsalınması, sürətli yük dəyişimi və termal vəziyyət təsirlərini tam ehtiva edə bilməməsi səbəbindən soyutma suyu temperaturu, λ və alışdırma zamanı düzəlişləri əlavə edilmişdir:

\[ E_{i,\mathrm{raw}}(t)= E_{i,\mathrm{base}}(n(t),T(t)) \times C_{T,i}(T_{ct}(t)) \times C_{\lambda,i}(\lambda(t)) \times C_{\Delta ign,i}(\Delta ign(t)) \tag{4} \]

\(E_{i,\mathrm{base}}\), mühərrik sürəti \(n\) və tork \(T\) xəritəsindən interpolasiya ilə əldə edilən əsas mühərrik çıxışı emissiyasıdır. \(C_{T,i}\), \(C_{\lambda,i}\) və \(C_{\Delta ign,i}\) müvafiq olaraq mühərrik soyutma suyu temperaturu, hava artıqlıq nisbəti və alışdırma zamanı sapması üçün düzəliş əmsallarıdır.

TWC və cGPF termal modeli

Egzoz son emal sistemi yuxarı axında TWC və aşağı axında katalizli benzin hissəcik filtrindən (cGPF) ibarətdir. TWC və cGPF ox istiqamətində bölmələrə, radial istiqamətdə mərkəz və çevrə bölgələrinə ayrılmışdır. Egzoz qazı, washcoat, substrat və gövdə üçün ayrı termal düyünlər istifadə edilmişdir. Model; egzoz qazı entalpiyası, qaz-bərk istilik ötürülməsi, ox və radial istilik keçirilməsi, reaksiya istiliyi və ətraf mühitə istilik itkisini hesaba qatmışdır.

Hər simulyasiya zaman addımında təmsili katalizator temperaturu, GHSV və λ müəyyən edilmiş, sonra bu koordinatlara uyğun formulyasiyaya xas çevrilmə səmərələri eksperimental məlumat dəstlərindən alınmışdır. Təcrübə nöqtələri arasında xətti interpolasiya tətbiq edilmişdir. Temperatur, GHSV və ya λ eksperimental sahənin xaricinə çıxdıqda dəyər ən yaxın eksperimental sərhədə sabitlənmiş və eksperimental sahə xaricində ekstrapolyasiya edilməmişdir.

Hesablanan çevrilmə miqdarları çirkləndirici mövcudluğu, reaksiya stoxiometriyası və ekvivalent oksigen saxlama-buraxma tarazlığı ilə məhdudlaşdırılmışdır. Beləliklə giriş miqdarından artıq çirkləndirici çevrilməsi və ya istifadə edilə bilən oksigen tükəndiyi halda oksidləşmənin davam etməsi kimi fiziki olmayan proqnozların qarşısının alınması məqsədlənmişdir. Model ətraflı səth reaksiyası kinetikasını həll etmək üçün deyil, dövr səviyyəli mühəndislik proqnozu üçün dizayn edilmişdir.

Çalışmanın üsulu və tapıntıları

WLTC və RDE katalizatoru niyə fərqli şəkildə çətinləşdirir?

WLTC araşdırılan avtomobildə katalizatorun aşağı və orta temperatur davranışına daha çox ağırlıq verərkən, təmsili RDE profili katalizatoru əsasən isti, lakin çox daha yüksək egzoz axını və GHSV şəraitində işlətmişdir. WLTC-nin %7,15-i 350 °C-dən aşağı baş vermiş və GHSV təxminən 140.000 h⁻¹-in altında qalmış; RDE profilində 350 °C altındakı hissə yalnız %1,18 olmuş, lakin GHSV 200.000 h⁻¹-in üzərinə çıxmış və λ < 0,95 zəngin iş daha çox görülmüşdür. Buna görə WLTC light-off və orta temperatur aktivliyini, RDE isə isti-yüksək debi və keçici redoks tolerantlığını daha güclü şəkildə sınamışdır.

WLTC/RDE iş sahələrinin müqayisəsi

Model doğrulaması

Model WLTC təcrübə məlumatlarına qarşı üç səviyyədə qiymətləndirilmişdir: avtomobil və güc ötürmə sistemi davranışı; λ, alışdırma zamanı, soyutma suyu temperaturu, egzoz debisi və mühərrik çıxışı emissiyaları; son olaraq cGPF çıxışındakı kumulyativ CO, THC və NOx emissiyaları. Mənbənin Şəkil 7–9 müqayisələri mühərrik start-stop hadisələrinin, yük dəyişimlərinin, egzoz sərhəd şərtlərinin və ümumi emissiya meyllərinin model tərəfindən ümumilikdə yenidən istehsal edildiyini göstərir.

Bu doğrulama xüsusilə WLTC üçündür. RDE profili real sürüşdən alınmış təmsili dinamik profil olsa da, çalışma bunu tənzimləyici RDE uyğunluq testi və ya eyni səviyyədə müstəqil emissiya doğrulaması kimi təqdim etmir.

WLTC dövr nəticəsi

TWC-2 WLTC-də CO-nu TWC-1-ə görə %11,5 və TWC-3-ə görə %10,0 azaltmışdır. NOx azalması müvafiq olaraq %42,4 və %4,1-dir. THC dəyərləri arasındakı fərq daha kiçikdir; TWC-2-nin 9,88 mg/km dəyəri ən aşağı nəticədir.

TWC-2 ilə TWC-3 arasındakı proqnozlaşdırılan WLTC THC və NOx fərqləri təxminən %2,8 və %4,1 səviyyəsindədir. Eksperimental çevrilmə xüsusiyyətlərindəki qeyri-müəyyənlik dövr simulyasiyası boyunca ayrıca yayılmadığı üçün müəlliflər bu kiçik fərqlərin statistik olaraq əhəmiyyətli ayrım kimi şərh edilməməli olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.

cGPF, TWC çıxışına görə WLTC-də əlavə olaraq CO-da %1,73–2,67, THC-də %1,92–2,36 və NOx-də %9,78–13,67 azalma təmin etmişdir. Eyni cGPF parametrləri istifadə edilsə də, giriş sərhəd şərtləri TWC formulyasiyasına bağlı olaraq dəyişdiyindən cGPF-nin nisbi təsiri üç konfiqurasiyada tam eyni deyil. Buna baxmayaraq formulyasiya sıralaması dəyişməmişdir.

RDE profilindəki dövr nəticəsi

RDE profili formulyasiyalar arasındakı fərqi daha aydın hala gətirmişdir. TWC-2-nin CO nəticəsi TWC-1-dən %49,7 və TWC-3-dən %36,4 daha aşağıdır. NOx-də fərq daha da böyükdür: TWC-2, TWC-1-ə görə %75,5 və TWC-3-ə görə %18,8 daha aşağı proqnozlaşdırılan TWC çıxışı NOx emissiyası yaratmışdır.

THC üçün TWC-2, TWC-1-dən %24,5 aşağı; TWC-3-dən isə yalnız %2,8 aşağı nəticə vermişdir. Diqqətəlayiq şəkildə THC sıralaması WLTC ilə RDE arasında dəyişmişdir. WLTC-də TWC-3 bəzi aşağı və orta temperatur keçidlərində daha böyük THC qaçışları yaradarkən, isti və yüksək GHSV ağırlıqlı RDE şəraitində aşağı PGM yükləməli TWC-1 daha çox pisləşmişdir.

RDE-də cGPF-nin əlavə azalması CO üçün %4,51–6,22, THC üçün %5,56–13,55 və NOx üçün %19,41–25,33 aralığında olmuşdur. Yenə cGPF sonrası sıralama TWC sonrası sıralamanı dəyişməmişdir.

Çirkləndirici əsasında fiziki şərh

CO: 30.000 h⁻¹-də yüksək Pd yükləməli TWC-3 lokal bir light-off üstünlüyü göstərmişdir. Lakin yüksək axın, fərqli λ bölgələri və dövr bütövlüyü hesaba qatıldıqda TWC-2 daha sabit CO nəzarəti təmin etmişdir.

Karbohidrogen: C3H6 çevrilməsi aşağı temperatur ilə yüksək GHSV birləşməsinə CO-dan daha həssas olmuşdur. TWC-3-ün əlavə Pd yükü TWC-2 qarşısında sistematik üstünlüyə çevrilməmişdir.

NO/NOx: NO çevrilməsi Rh ehtiva edən aktiv bölgələr, Pd/Rh balansı, reduksiyaedici növlərin mövcudluğu və λ ilə güclü şəkildə əlaqəlidir. TWC-3-ün yüksək ümumi PGM-inə baxmayaraq Rh yükü TWC-2-dən aşağıdır və Pd/Rh nisbəti təxminən iki qatına çıxmışdır. Nəticələr TWC-3-ün NOx baxımından TWC-2-ni sistematik şəkildə keçmədiyini göstərir. Bununla birlikdə mövcud formulyasiya matrisi bu nəticəni yalnız Rh miqdarının müstəqil təsirinə endirməyə imkan vermir.

Çalışmanın dəstəklədiyi nəticələr

• Tək bir CO light-off meyarı üç çirkləndirici baxımından ən yaxşı dövr katalizatorunu etibarlı şəkildə müəyyən etmir.
• TWC formulyasiya sıralaması temperatur, GHSV, λ, çirkləndirici növü və sürüş dövrünə bağlı olaraq dəyişə bilir.
• Aşağı yükləməli TWC-1 xüsusilə aşağı temperatur ilə yüksək GHSV birlikdə yarandıqda ən çox çevrilmə itkisini göstərmişdir.
• TWC-3-ün ən yüksək ümumi PGM və Pd yükünə sahib olması C3H6 və NO üçün davamlı üstünlük təmin etməmişdir.
• TWC-2 araşdırılan WLTC və RDE iş sahələrində ən balanslı CO-THC-NOx nəticəsini vermişdir.
• Avtomobil səviyyəli katalizator seçimi üçün formulyasiyaya xas çevrilmə xəritələrinin avtomobilin real temperatur-GHSV-λ paylanması ilə birlikdə qiymətləndirilməsi tək bir T50 dəyərindən daha təmsilidir.

Çalışmanın dəstəkləmədiyi nəticələr

• “Pd miqdarı artırılsa performans mütləq pisləşir” nəticəsi çıxarıla bilməz.
• “Rh təkbaşına TWC-2-nin üstünlüyündən məsuldur” nəticəsi çıxarıla bilməz.
• 980 °C/15 saat yaşlandırma bir PHEV katalizatorunun bütün xidmət ömrünü təmsil etmir.
• C3H6 çevrilməsi real mühərrik egzozundakı bütün karbohidrogen növlərinin çevrilməsi ilə eyni deyil.
• NO stend məlumatı real NOx tərkibinin bütün növlərini ayrı-ayrı təmsil etmir.
• Təmsili RDE simulyasiyası tənzimləyici sahə uyğunluğu sübutu deyil.
• TWC-2/TWC-3 arasındakı kiçik WLTC THC və NOx fərqləri qeyri-müəyyənlik yayılması edilmədiyi üçün statistik əhəmiyyətlilik sübutu deyil.

Katalizator seçimində mühəndislik baxımından çıxarım

Çalışmanın təklif etdiyi seçim yanaşması katalizatorları əvvəlcə tək bir laboratoriya nöqtəsi üzərindən sıralamaq yerinə hədəf avtomobil tətbiqinin temperatur, GHSV və λ paylanmasını təyin etməkdir. Ardınca hər katalizator formulyasiyasının çox çirkləndiricili çevrilmə xəritəsi bu iş sahəsi ilə uyğunlaşdırılır. Beləliklə avtomobilin dövr emissiyasını gerçəkdə müəyyən edən bölgələr daha yüksək ağırlıq qazanır.

Bu yanaşma xüsusilə PHEV-lərdə vacibdir; çünki eyni sürüşdə həm soyuq mühərrik işə qoşulması, həm də daha sonra isti, lakin çox yüksək egzoz debili iş baş verə bilər. Bir katalizator ilk hadisədə çox yaxşı, ikinci hadisədə nisbətən zəif ola bilər. TWC-3-ün 30.000 h⁻¹-dəki CO light-off üstünlüyünün dövr bütövlüyündə ən aşağı CO emissiyasına çevrilməməsi bu nöqtənin birbaşa nümunəsidir.

Mənbə və üsul qeydi

Orijinal başlıq: Linking Bench-Scale Conversion Characteristics to Cycle-Level Emissions for Pd-Rh Three-Way Catalyst Selection in Plug-In Hybrid Vehicles

Müəlliflər: Kaichang Lai; Xiaoxiao Jiang; Hong Chen; Fangxi Xie; Jiakun Du; Yu Liu; Chengyun Wang.

Məsul müəllif: Hong Chen.

Qurumlar: College of Automotive Engineering, Jilin University, Changchun, China; Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Guangzhou, China.

Jurnal: Energies.

Nəşriyyat: MDPI, Basel, Switzerland.

Cild / məqalə nömrəsi: 19 / 4231.

DOI:10.3390/en19184231

Göndərilmə: 5 avqust 2026. Reviziya: 27 avqust 2026. Qəbul: 2 sentyabr 2026. Nəşr: 8 sentyabr 2026.

Mənbə növü: Resenziyalı orijinal araşdırma məqaləsi; nəzarətli sintetik qaz katalizator təcrübələri ilə avtomobil/egzoz son emal simulyasiyasını birləşdirən eksperimental-modelləşdirmə çalışması.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY), açıq giriş.

Maliyyələşmə: National Key R&D Program of China, Grant No. 2024YFC3712400; Guangdong Provincial Key Laboratory of Clean Automotive Propulsion and Energy Application Technology (2024), Grant No. 2024B1212020006; Guangdong Special Support Plan for Young Top-notch Talents, Grant No. 2024TQ08L125. Müəlliflər çalışmanın Guangzhou Automobile Group tərəfindən maliyyələşdirilmədiyini bildirmişdir.

Məlumat əlçatanlığı: Çalışmada təqdim edilən orijinal töhfələrin məqalə içində olduğu, əlavə sualların məsul müəllifə yönəldilə biləcəyi bildirilmişdir.

Maraqlar toqquşması: Hong Chen, Jiakun Du və Chengyun Wang Guangzhou Automobile Group daxilində çalışır. Digər müəlliflər kommersiya və ya maliyyə maraq toqquşması yarada biləcək bir əlaqənin olmadığını bildirmişdir.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma K.L. və X.J.; üsul X.J.; proqram təminatı X.J.; doğrulama K.L., X.J. və H.C.; formal analiz F.X.; araşdırma J.D. və Y.L.; resurslar H.C.; məlumat kurasiyası C.W.; ilk qaralama K.L.; nəzərdən keçirmə və redaktə K.L.; vizuallaşdırma X.J.; məsləhətçilik H.C. və F.X.; layihə idarəçiliyi H.C.

Əsas metodoloji məhdudiyyət 1: Ümumi PGM, Pd, Rh və Pd/Rh nisbətləri müstəqil faktorlar kimi dəyişdirilməmişdir. Formulyasiya təsirləri ayrı-ayrı metal təsirlərinə parçalanamaz.

Əsas metodoloji məhdudiyyət 2: 980 °C-də 15 saatlıq soba yaşlandırması ağır və standartlaşdırılmış termal yaşlanma şəraitidir, lakin real PHEV xidmət ömrünün bütün termal və kimyəvi yaşlanma keçmişini təmsil etmir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət 3: Stenddə C3H6 dövr modelindəki THC çevrilməsi üçün; NO isə dominant mühərrik çıxışı NOx davranışı üçün vekil kimi istifadə edilmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət 4: Çevrilmə xəritəsi xaricində qalan temperatur, GHSV və λ nöqtələrində ekstrapolyasiya edilməmiş, girişlər ən yaxın eksperimental sərhədə sabitlənmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət 5: Eksperimental çevrilmə xarakteristikalarının qeyri-müəyyənliyi dövr simulyasiyasının tamamında kəmiyyət qeyri-müəyyənlik yayılmasına məruz qoyulmamışdır. Xüsusilə TWC-2/TWC-3 arasındakı kiçik fərqlər statistik ayrım kimi şərh edilməməlidir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət 6: RDE məlumatı təmsili real yol sürüş profilindən alınmış olsa da, bu çalışma RDE dövrünü tənzimləyici uyğunluq doğrulaması məqsədilə istifadə etməmişdir.