Kichocheo cha njia tatu cha Pd-Rh (three-way catalyst, TWC) ni kichocheo cha baada ya matibabu ya gesi ya kutolea nje kinachotumiwa kubadilisha kwa wakati mmoja monoksidi kaboni, hidrokaboni na oksidi za nitrojeni katika gesi ya injini ya petroli chini ya hali zilizo karibu na stokiometria. Utafiti huu ulichunguza ikiwa uteuzi wa kichocheo katika magari mseto ya umeme yanayochajiwa (plug-in hybrid electric vehicles) unaweza kufanywa kwa kuangalia tu mzigo wa jumla wa metali adimu au joto moja la light-off. Miundo mitatu ya Pd-Rh isiyo na Pt, iliyopewa uzeeshaji wa joto ulioharakishwa wa pamoja wa 980 °C/15 saa, ilitambuliwa kwa majaribio kupitia light-off, ramani za joto-gas hourly space velocity na skani za λ; ramani za ubadilishaji zilizopatikana baadaye ziliunganishwa na miundo ya gari, uzalishaji kutoka injini, tabia ya joto ya kichocheo na baada ya matibabu ya egzozi, kisha zikapimwa kwenye WLTC na wasifu wakilishi wa RDE. Matokeo yalionyesha kuwa TWC-3 yenye mzigo wa juu zaidi wa metali adimu haikutoa uzalishaji wa chini zaidi katika kila hali; TWC-2 ilikuwa na uwiano mpana zaidi na thabiti zaidi kwa udhibiti wa CO, hidrokaboni na NO/NOx.

Miundo yote mitatu ilitumia jiometri ileile ya substrati. Uzito wa jumla wa PGM wa TWC-1 ni 3,32 g, wa TWC-2 ni 5,32 g na wa TWC-3 ni 8,86 g. Kwa upande mwingine, uwiano wa uzito wa Pd/Rh wa TWC-2 ni 9,57, ilhali katika TWC-3 uwiano huu huongezeka hadi 19,00. Kwa hiyo TWC-3 si kichocheo chenye “metali adimu zaidi” pekee; pia ni mkakati tofauti wa uundaji wenye Pd nyingi zaidi kwa kulinganisha na Rh.

Katika hali ya light-off ya 30.000 h⁻¹, TWC-3 ilitoa joto za chini zaidi za T50 na T90 kwa CO, ilhali thamani za chini zaidi za T50 kwa C3H6 na NO zilipatikana katika TWC-2. Katika hali ya 50.000 h⁻¹, TWC-2 ilionyesha thamani za chini zaidi za T50 na T90 kwa vichafuzi vyote vitatu. Tofauti ilipopelekwa kwenye mizunguko kamili ya uendeshaji ilionekana wazi zaidi: ikilinganishwa na TWC-3, TWC-2 ilipunguza uzalishaji wa CO unaokadiriwa kwenye kutoka kwa TWC kwa %10,0 katika WLTC na %36,4 katika wasifu wa RDE; uzalishaji wa NOx ulipungua kwa %4,1 na %18,8 mtawalia. TWC-2 pia ilizalisha uzalishaji wa chini zaidi wa THC uliounganishwa kwa mzunguko katika tathmini zote mbili.

Matokeo haya yanaonyesha kuwa mpangilio rahisi wa “mzigo mkubwa zaidi wa PGM = utendaji bora zaidi wa uzalishaji katika kiwango cha gari” hauhalali. Hata hivyo, utafiti hauruhusu tofauti kati ya TWC-2 na TWC-3 kutafsiriwa kama athari huru ya kisababishi ya Pd, Rh au uwiano wa Pd/Rh peke yake; kwa sababu vigezo hivi havikubadilishwa kwa kujitegemea katika muundo wa majaribio.

Tatizo la utafiti

Magari mseto ya umeme yanayochajiwa yana sehemu muhimu ya uendeshaji wa umeme, lakini hayaondoi kabisa injini ya mwako wa ndani. Injini inaweza kufanya kazi wakati wa kuanza baridi, wakati wa kuingia tena kazini, wakati wa kuongeza kasi haraka, wakati mahitaji ya nguvu ni makubwa au hali ya chaji ya betri inaposhuka. Matukio haya yanaweza kusababisha CO, THC na NOx kupanda kwa muda mfupi lakini kwa viwango vya juu, hasa kabla kichocheo hakijafikia joto lake fanisi.

Kichocheo cha PHEV kinapaswa kufanya kazi si wakati wa kuanza baridi tu; bali pia katika matukio ya mara kwa mara ya kuwasha-kuzima injini, mtiririko mkubwa wa egzozi na mikengeuko ya muda mfupi kuelekea hali tajiri au konda kutoka stokiometria. Kwa hiyo hakuna dhamana kwamba uundaji unaoonekana mzuri katika jaribio moja la maabara la light-off utakuwa pia uundaji bora zaidi katika mzunguko kamili wa uendeshaji.

Dhana kuu ya watafiti ni kwamba mpangilio mmoja wa light-off na kiasi cha jumla cha metali adimu havitoshi kutabiri utendaji wa uzalishaji katika kiwango cha mzunguko. Badala yake, ilipendekezwa kulinganisha tabia ya ubadilishaji wa vichafuzi vingi ya kichocheo katika eneo la kazi la joto, GHSV na λ na maeneo ya kazi ambayo gari huyatembelea katika mzunguko halisi.

Kwa nini kasi ya ujazo wa gesi kwa saa (GHSV) ni muhimu katika utendaji wa kichocheo?

Kasi ya ujazo wa gesi kwa saa (gas hourly space velocity, GHSV) ni kigezo cha uendeshaji kinachowakilisha ujazo wa gesi unaopita kwa saa katika ujazo wa kijiometri wa kitengo cha kichocheo, na kinahusiana moja kwa moja na muda wa mawasiliano unaopatikana ndani ya kichocheo. GHSV inapoongezeka, gesi hupita haraka zaidi katika kitanda cha kichocheo na hivyo muda fanisi wa kukaa hupungua; hasa katika joto la chini, ikiwa kinetiki ya mwitikio pia ni polepole, GHSV kubwa inaweza kuongeza upotevu wa ubadilishaji.

Katika utafiti, GHSV ilifafanuliwa kwa uhusiano ufuatao:

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

Hapa, \(\dot{V}_{gas}\) huonyesha mtiririko wa jumla wa gesi kwa ujazo katika hali za marejeo zilizotajwa; \(V_{CAT}\) huonyesha ujazo wa kijiometri wa sampuli ya kichocheo. Kipimo cha GHSV ni h⁻¹. Kihisabati, kuongeza mtiririko wa gesi katika ujazo uleule wa kichocheo huongeza GHSV. Kimwili, matokeo yake ni kupungua kwa muda wa wastani ambao viitikio vinaweza kuingiliana na uso wa kichocheo.

Katika utafiti huu GHSV haipaswi kuonekana kama kigezo huru pekee. Katika majaribio ya joto-GHSV, kila hali ya 25.000, 50.000, 100.000, 150.000, 200.000 na 250.000 h⁻¹ iliunganishwa na muundo tofauti lakini wakilishi wa gesi kutoka injini. Kwa hiyo mabadiliko yaliyotazamwa hayajumuishi tu athari safi ya kasi ya gesi, bali pia athari ya muundo wa kuingia unaolingana na eneo husika la mtiririko.

Miundo mitatu ya kichocheo

TWC-1 ni rejea lenye mzigo mdogo. Katika TWC-2, Pd na Rh zote mbili ziliongezwa takribani kwa uwiano na uwiano wa Pd/Rh uliwekwa karibu na TWC-1. TWC-3 ina PGM ya jumla zaidi na Pd nyingi zaidi, lakini mzigo wa Rh uko chini kidogo ya ule wa TWC-2. Kwa hiyo ulinganisho wa TWC-2/TWC-3 si jaribio la sababu moja lililotenga Pd au Rh pekee.

Sampuli na uzeeshaji ulioharakishwa

Katika matofali kamili ya kichocheo, sampuli za monolithi za silinda zenye kipenyo cha inchi 1, yaani 25,4 mm, na urefu wa 25,4 mm zilitolewa. Sampuli zote zina msongamano wa seli wa 600 cpsi. Sampuli ziliwekwa ndani ya bomba la reaktori ya quartz na kuzibwa pembeni kwa gasket ya 3M inayostahimili joto la juu ili kuzuia gesi kupita pembeni mwa sampuli.

Vichocheo vitatu vilipewa historia ileile ya joto. Vilipashwa kutoka joto la chumba hadi 980 °C kwa kasi ya 5 °C/dak na kushikiliwa katika 980 °C kwa saa 15. Mchakato huu haukusudiwa kuzalisha upya moja kwa moja maisha yote ya huduma ya gari. Katika maisha halisi, kuzeeka kwa kichocheo hujumuisha mizunguko ya mara kwa mara ya kupasha na kupoza, mvuke wa maji, viambajengo tofauti vya egzozi na hali za kazi zinazobadilika daima. Itifaki hapa inalenga kulinganisha miundo chini ya hali ya pamoja na nzito ya kuzeeka kwa joto iliyoharakishwa.

Mfumo wa majaribio ya gesi sintetiki wenye kitanda tuli

Benchi iliyoonyeshwa katika Kielelezo 1 cha chanzo ina mitungi ya gesi, vidhibiti shinikizo, vali za sindano, vidhibiti vya mtiririko wa molekuli, evaporata ya maji, tanuru ya bomba la umeme, reaktori ya quartz na kichanganuzi cha gesi cha infrared cha Fourier transform. Mtiririko wa kila sehemu ya gesi ulidhibitiwa kwa kujitegemea; mvuke wa maji uliongezwa kwa gesi nyingine kabla ya reaktori. Miundo ya kuingia na kutoka ilipimwa kwa MKS MultiGas 6030, model 6030BBG2BZKS13T FTIR analyzer.

Katika majaribio ya gesi sintetiki, propene, C3H6 ilitumika kama mwakilishi wa hidrokaboni. Kipimo cha C3H6 si “ubadilishaji wa THC” wa moja kwa moja; hidrokaboni katika egzozi halisi ya injini zina aina nyingi zenye sifa tofauti za adsorpsheni na oksidishaji. Katika modeli ya mzunguko, ramani ya ubadilishaji wa C3H6 ilitumika kama wakilishi wa tabia ya ubadilishaji wa jamaa wa jumla ya hidrokaboni.

Vivyo hivyo, katika michanganyiko sintetiki ilitolewa NO pekee kama oksidi ya nitrojeni. Kwa hiyo kiasi kilichopimwa kwenye benchi ni ubadilishaji wa NO. Katika modeli, sifa hii ilitumika kama wakilishi wa sehemu kuu ya NOx kutoka injini; matokeo ya NOx katika kiwango cha mzunguko yanapaswa kufasiriwa pamoja na dhana hii ya uundaji.

Thamani ya λ inaathirije ubadilishaji wa CO, hidrokaboni na NO katika kichocheo cha njia tatu?

Katika kichocheo cha njia tatu, λ ni kiashiria cha redox kinachoamua kama mchanganyiko wa egzozi ni tajiri, wa stokiometria au konda: λ < 1 huwakilisha hali tajiri, λ = 1 hali ya stokiometria na λ > 1 hali konda. Upande tajiri, upungufu wa oksijeni huzuia oksidishaji wa CO na hidrokaboni; upande konda, oksijeni ya ziada na kupungua kwa spishi zinazopunguza hudhoofisha haraka upunguzaji wa NO. Kwa hiyo eneo ambalo CO, hidrokaboni na NO vinaweza kubadilishwa kwa kiwango cha juu kwa wakati mmoja lipo karibu na λ ≈ 1, na GHSV kubwa hulifanya dirisha hili jembamba.

Ufafanuzi wa λ uliotumika katika chanzo kwa mchanganyiko sintetiki ni huu:

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

Mabano ya mraba yanaonyesha viwango vya moli vya kuingia vya viambajengo. Katika chanzo, lengo la λ liliundwa kwa kubadilisha mkusanyiko wa O2 huku viwango nomineli vya viambajengo vingine vikuu vikihifadhiwa.

Ufanisi wa papo hapo wa ubadilishaji wa kichafuzi ulihesabiwa kama:

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

Hapa \(C_{i,\mathrm{in}}\) na \(C_{i,\mathrm{out}}\) ni viwango vya kichafuzi i kwenye kuingia na kutoka kwa kichocheo, mtawalia. Thamani inayokaribia %100 inaonyesha kuwa sehemu kubwa ya kichafuzi cha kuingia imebadilishwa chini ya hali husika ya kazi.

Mantiki ya majaribio ya light-off

Majaribio ya light-off yalifanywa katika GHSV ya 30.000 na 50.000 h⁻¹. Joto la kichocheo liliongezwa kwa 5 °C/dak; muundo wa kuingia na mtiririko wa gesi vilidumishwa thabiti wakati wote wa jaribio. Utendaji uliwasilishwa kwa T50 na T90. T50 ni joto la kichocheo ambapo ubadilishaji hufikia %50; T90 ni joto ambapo hufikia %90. Thamani ndogo ina maana ya shughuli bora katika joto la chini.

Thamani za grafu ambazo hazikuandikwa kwa nambari katika maandishi ya chanzo hazikujazwa kwa makadirio. Hili ni muhimu hasa kwa kanuni ya Verianla ya “kutowasilisha thamani iliyosomwa takribani kutoka grafu kama data ya uhakika”.

Eneo la kazi la joto-GHSV

Watafiti hawakuchunguza kichocheo katika mpito wa light-off pekee. Eneo pana la ubadilishaji liliundwa katika hali za GHSV za 25.000, 50.000, 100.000, 150.000, 200.000 na 250.000 h⁻¹ na katika safu ya joto ya 100–650 °C. Matokeo yalilinganishwa hasa katika sehemu za 350, 450, 550 na 650 °C.

Mwelekeo wa pamoja kwa vichafuzi vitatu ni kushuka kwa ubadilishaji GHSV inapoongezeka. Kushuka kwa nguvu zaidi kulitokea katika 350 °C; kwa sababu katika eneo hili kasi ya mwitikio inategemea sana joto na GHSV kubwa hupunguza muda wa kukaa kwa gesi. Ilipofika 550–650 °C, vichocheo vilikuwa vimeamilishwa kwa kiasi kikubwa, hivyo tofauti ya uundaji ilionekana zaidi katika thamani za juu zaidi za GHSV.

TWC-1 ilionyesha upotevu mkubwa zaidi wa utendaji hasa katika eneo ambalo joto la chini na GHSV kubwa vinaungana. Ingawa TWC-3 inaweza kuonyesha faida za ndani katika oksidishaji wa CO, mzigo wake mkubwa wa Pd haukutoa ubora wa kimfumo katika ubadilishaji wa C3H6 au NO. TWC-2 ilitoa muunganiko wenye uwiano bora zaidi kati ya shughuli ya joto la chini na uvumilivu wa mtiririko mkubwa katika eneo la kazi lililochunguzwa.

Skani ya λ

Vipimo vya λ vilifanywa katika 500 °C na katika GHSV za 25.000, 50.000, 100.000 na 200.000 h⁻¹ ili kupunguza athari ya light-off. λ ilibadilishwa kati ya 0,80 na 1,20 kwa kurekebisha O2.

Ubadilishaji wa CO na C3H6 uliongezeka kwa kasi wakati wa kukaribia λ = 1 kutoka upande tajiri. Katika hali tajiri, kiasi cha oksijeni huzuia miitikio hii ya oksidishaji. Katika GHSV kubwa, muda mfupi wa kukaa kwa gesi uliimarisha tatizo hili. TWC-1 ilikuwa uundaji nyeti zaidi, wakati TWC-2 na TWC-3 zilitoa ubadilishaji wa juu zaidi.

Tabia ya NO iko upande tofauti. Katika hali tajiri na karibu na stokiometria, ubadilishaji mkubwa ulihifadhiwa, lakini λ ilipozidi 1 ubadilishaji wa NO ulipungua haraka. Katika kiwango cha 200.000 h⁻¹, hata mkengeuko mdogo wa upande konda uliweza kusababisha kutoroka kwa NO kwa wazi. Hivyo ilionekana kuwa GHSV kubwa haipunguzi tu ubadilishaji wa wastani, bali pia huongeza unyeti kwa mikengeuko ya muda mfupi katika udhibiti wa λ.

Kwa nini TWC-3 yenye mzigo wa juu zaidi wa metali adimu haikuwa kichocheo bora zaidi?

Licha ya PGM ya jumla iliyo juu zaidi na mzigo mkubwa zaidi wa Pd, TWC-3 haikuweza kudumisha kwa pamoja ubadilishaji bora zaidi wa CO, C3H6 na NO katika eneo lote la kazi. TWC-2 ina mzigo wa juu zaidi wa Rh, uwiano wa Pd/Rh ulio na mizani zaidi wa takribani 9,57, na utendaji thabiti zaidi wa vichafuzi vingi katika maeneo ambapo joto la chini, GHSV kubwa na mipito ya λ hukutana; lakini kwa sababu matriksi ya majaribio haikubadilisha Pd, Rh na uwiano wa Pd/Rh kwa kujitegemea, ubora wa TWC-2 hauwezi kuhusishwa na athari ya kisababishi ya metali fulani peke yake.

Matokeo haya hayaonyeshi kuwa kiasi cha metali adimu hakina umuhimu. Kwa kweli, TWC-1 yenye mzigo mdogo ilionyesha kuzorota zaidi hasa katika maeneo magumu ya kazi. Hoja inayotokana na matokeo ni kwamba baada ya kizingiti fulani, jinsi metali adimu inavyosambazwa na kiwango ambacho uundaji unaweza kuitumia kwa ufanisi katika maeneo ya joto-GHSV-redox ambayo gari huyatembelea vinaweza kuwa muhimu kama kiasi cha jumla cha metali.

Modeli ya gari na mfumo wa kusafirisha nguvu

Gari lililochunguzwa ni usanifu wa PHEV unaojumuisha injini ya silinda nne ya 2,0 L yenye turbocharger, two-speed dedicated hybrid transmission, mashine za umeme za P1 na P3, betri ya voltage ya juu ya 355 V/25,6 kWh na betri ya voltage ya chini ya 12 V. Nguvu ya juu ya injini ni 140 kW. Uzito mtupu wa gari ni 2511 kg na radius ya kuviringika ya tairi ni 354,4 mm.

Kasi ya gari na mwinuko wa barabara zilitumiwa kwanza kuhesabu nguvu ya kuvuta inayohitajika; modeli ya mfumo wa kusafirisha nguvu ikaamua kama injini itafanya kazi au la, kasi na torati ya injini, mtiririko wa wingi wa egzozi, joto na λ. Vigezo hivi vilihamishwa kwenye hesabu za uzalishaji kutoka injini na baada ya matibabu.

Modeli ya uzalishaji kutoka injini

Uzalishaji wa CO, THC na NOx kutoka injini uliundwa kutoka ramani tofauti za kasi-torati ya injini kwa uendeshaji wa EGR wazi na EGR imefungwa. Kwa sababu ramani tulivu haziwezi kujumuisha kikamilifu athari za kuanza kwa injini, mabadiliko ya haraka ya mzigo na hali ya joto, marekebisho ya joto la maji ya kupozea, λ na muda wa kuwasha yaliongezwa:

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

\(E_{i,\mathrm{base}}\) ni uzalishaji msingi kutoka injini unaopatikana kwa interpolasheni kutoka ramani ya kasi ya injini \(n\) na torati \(T\). \(C_{T,i}\), \(C_{\lambda,i}\) na \(C_{\Delta ign,i}\) ni vipengele vya marekebisho kwa joto la maji ya kupozea injini, uwiano wa hewa iliyozidi na mkengeuko wa muda wa kuwasha, mtawalia.

Modeli ya joto ya TWC na cGPF

Mfumo wa baada ya matibabu ya egzozi uliundwa na TWC upande wa juu wa mtiririko na kichujio cha chembe za petroli chenye kichocheo (cGPF) upande wa chini wa mtiririko. TWC na cGPF ziligawanywa katika sehemu kwa mwelekeo wa mhimili, na katika maeneo ya katikati na pembezoni kwa mwelekeo wa radial. Nodi tofauti za joto zilitumika kwa gesi ya egzozi, washcoat, substrati na ganda. Modeli ilizingatia enthalpi ya gesi ya egzozi, uhamishaji joto wa gesi-kitu kigumu, upitishaji joto wa mhimili na radial, joto la mwitikio na upotevu wa joto kwenda mazingira.

Katika kila hatua ya muda ya uigaji, joto wakilishi la kichocheo, GHSV na λ zilibainishwa, kisha ufanisi wa ubadilishaji mahsusi kwa uundaji unaolingana na kuratibu hizo ulichukuliwa kutoka seti za data za majaribio. Interpolasheni ya mstari ilitumika kati ya nukta za majaribio. Joto, GHSV au λ ilipotoka nje ya eneo la majaribio, thamani ilifungwa kwenye mpaka wa karibu zaidi wa majaribio na hakuna ekstrapolasheni iliyofanywa nje ya eneo la majaribio.

Kiasi cha ubadilishaji kilichohesabiwa kilipunguzwa na uwepo wa kichafuzi, stokiometria ya mwitikio na mizani sawa ya kuhifadhi-kuachia oksijeni. Hivyo lengo lilikuwa kuzuia makadirio yasiyo ya kimwili kama ubadilishaji wa kichafuzi kuliko kiasi kilichoingia au kuendelea kwa oksidishaji baada ya oksijeni inayopatikana kuisha. Modeli haikuundwa kutatua kinetiki ya kina ya miitikio ya uso, bali kwa makadirio ya kihandisi katika kiwango cha mzunguko.

Mbinu na matokeo ya utafiti

Kwa nini WLTC na RDE hulazimisha kichocheo kwa namna tofauti?

Katika gari lililochunguzwa, WLTC huipa uzito mkubwa zaidi tabia ya kichocheo katika joto la chini na la kati, wakati wasifu wakilishi wa RDE uliendesha kichocheo hasa katika hali ya joto lakini yenye mtiririko wa juu zaidi wa egzozi na GHSV. %7,15 ya WLTC ilitokea chini ya 350 °C na GHSV ilibaki chini ya takribani 140.000 h⁻¹; katika wasifu wa RDE, sehemu iliyo chini ya 350 °C ilikuwa %1,18 tu, lakini GHSV ilipanda juu ya 200.000 h⁻¹ na uendeshaji tajiri wa λ < 0,95 ulionekana zaidi. Kwa hiyo WLTC ilijaribu zaidi light-off na shughuli ya joto la kati, ilhali RDE ilijaribu kwa nguvu zaidi uvumilivu wa joto-mtiririko mkubwa na redox ya muda mfupi.

Ulinganisho wa maeneo ya kazi ya WLTC/RDE

Uthibitishaji wa modeli

Modeli ilitathminiwa dhidi ya data ya majaribio ya WLTC katika viwango vitatu: tabia ya gari na mfumo wa kusafirisha nguvu; λ, muda wa kuwasha, joto la maji ya kupozea, mtiririko wa egzozi na uzalishaji kutoka injini; hatimaye uzalishaji limbikizi wa CO, THC na NOx kwenye kutoka kwa cGPF. Ulinganisho wa Vielelezo 7–9 vya chanzo unaonyesha kuwa matukio ya start-stop ya injini, mabadiliko ya mzigo, hali mipaka za egzozi na mielekeo ya jumla ya uzalishaji ziliweza kuzalishwa tena kwa ujumla na modeli.

Uthibitishaji huu ni hasa kwa WLTC. Ingawa wasifu wa RDE ni wasifu dinamiki wakilishi uliotokana na uendeshaji halisi, utafiti hauuwasilishi kama jaribio la kufaa kikanuni la RDE au uthibitishaji huru wa uzalishaji katika kiwango kilekile.

Matokeo ya mzunguko wa WLTC

TWC-2 ilipunguza CO katika WLTC kwa %11,5 ikilinganishwa na TWC-1 na kwa %10,0 ikilinganishwa na TWC-3. Kupungua kwa NOx ni %42,4 na %4,1 mtawalia. Tofauti kati ya thamani za THC ni ndogo zaidi; thamani ya TWC-2 ya 9,88 mg/km ndiyo matokeo ya chini zaidi.

Tofauti zinazokadiriwa za WLTC THC na NOx kati ya TWC-2 na TWC-3 ziko karibu na %2,8 na %4,1. Kwa sababu kutokuwa na uhakika katika sifa za ubadilishaji wa majaribio hakukuenezwa kimaandishi katika uigaji mzima wa mzunguko, waandishi wanaeleza wazi kwamba tofauti hizi ndogo hazipaswi kufasiriwa kama mgawanyiko wenye maana ya kitakwimu.

cGPF ilitoa upunguzaji wa ziada katika WLTC, ikilinganishwa na kutoka kwa TWC, wa %1,73–2,67 kwa CO, %1,92–2,36 kwa THC na %9,78–13,67 kwa NOx. Ingawa vigezo vilevile vya cGPF vilitumika, hali mipaka za kuingia zilibadilika kulingana na uundaji wa TWC; hivyo athari ya jamaa ya cGPF haikuwa sawa kabisa katika mipangilio mitatu. Hata hivyo mpangilio wa uundaji haukubadilika.

Matokeo ya mzunguko katika wasifu wa RDE

Wasifu wa RDE uliifanya tofauti kati ya miundo kuwa wazi zaidi. Matokeo ya CO ya TWC-2 ni chini kwa %49,7 kuliko TWC-1 na kwa %36,4 kuliko TWC-3. Katika NOx tofauti ni kubwa zaidi: TWC-2 ilitoa uzalishaji unaokadiriwa wa NOx kutoka TWC ulio chini kwa %75,5 kuliko TWC-1 na kwa %18,8 kuliko TWC-3.

Kwa THC, TWC-2 ilitoa matokeo yaliyo chini kwa %24,5 kuliko TWC-1 na chini kwa %2,8 tu kuliko TWC-3. Cha kuzingatia ni kwamba mpangilio wa THC ulibadilika kati ya WLTC na RDE. Katika WLTC, TWC-3 ilizalisha uvujaji mkubwa zaidi wa THC katika baadhi ya mipito ya joto la chini na la kati, ilhali katika hali za RDE zenye uzito wa joto na GHSV kubwa, TWC-1 yenye mzigo mdogo wa PGM ilizorota zaidi.

Katika RDE, upunguzaji wa ziada wa cGPF ulikuwa katika safu ya %4,51–6,22 kwa CO, %5,56–13,55 kwa THC na %19,41–25,33 kwa NOx. Tena, mpangilio baada ya cGPF haukubadilisha mpangilio baada ya TWC.

Ufafanuzi wa kimwili kulingana na kichafuzi

CO: Katika 30.000 h⁻¹, TWC-3 yenye mzigo mkubwa wa Pd ilionyesha faida ya ndani ya light-off. Lakini mtiririko mkubwa, maeneo tofauti ya λ na uadilifu wa mzunguko vilipozingatiwa, TWC-2 ilitoa udhibiti thabiti zaidi wa CO.

Hidrokaboni: Ubadilishaji wa C3H6 ulikuwa nyeti zaidi kuliko CO kwa muunganiko wa joto la chini na GHSV kubwa. Mzigo wa ziada wa Pd wa TWC-3 haukugeuka kuwa ubora wa kimfumo dhidi ya TWC-2.

NO/NOx: Ubadilishaji wa NO unahusiana kwa nguvu na maeneo hai yenye Rh, mizani ya Pd/Rh, upatikanaji wa spishi zinazopunguza na λ. Licha ya PGM ya jumla ya juu ya TWC-3, mzigo wake wa Rh uko chini kuliko TWC-2 na uwiano wa Pd/Rh umeongezeka takribani mara mbili. Matokeo yanaonyesha kuwa TWC-3 haikuipita TWC-2 kimfumo kwa upande wa NOx. Hata hivyo matriksi iliyopo ya uundaji hairuhusu matokeo haya kupunguzwa hadi athari huru ya kiasi cha Rh pekee.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Kigezo kimoja cha CO light-off hakibaini kwa kuaminika kichocheo bora zaidi cha mzunguko kwa vichafuzi vitatu.
• Mpangilio wa uundaji wa TWC unaweza kubadilika kulingana na joto, GHSV, λ, aina ya kichafuzi na mzunguko wa uendeshaji.
• TWC-1 yenye mzigo mdogo ilionyesha upotevu mkubwa zaidi wa ubadilishaji hasa joto la chini na GHSV kubwa vinapotokea pamoja.
• Kuwa kwa TWC-3 na PGM ya jumla na mzigo wa Pd wa juu zaidi hakukutoa ubora endelevu kwa C3H6 na NO.
• TWC-2 ilitoa matokeo yenye mizani bora zaidi ya CO-THC-NOx katika maeneo ya kazi ya WLTC na RDE yaliyochunguzwa.
• Kwa uteuzi wa kichocheo katika kiwango cha gari, kutathmini ramani za ubadilishaji mahsusi kwa uundaji pamoja na usambazaji halisi wa joto-GHSV-λ wa gari ni wakilishi zaidi kuliko thamani moja ya T50.

Matokeo yasiyoungwa mkono na utafiti

• Haiwezi kuhitimishwa kuwa “kiasi cha Pd kikiongezwa, utendaji bila shaka huzorota”.
• Haiwezi kuhitimishwa kuwa “Rh peke yake inawajibika kwa ubora wa TWC-2”.
• Uzeeshaji wa 980 °C/15 saa hauwakilishi maisha yote ya huduma ya kichocheo cha PHEV.
• Ubadilishaji wa C3H6 si sawa kabisa na ubadilishaji wa aina zote za hidrokaboni katika egzozi halisi ya injini.
• Data ya benchi ya NO haiwakilishi kila aina ya muundo halisi wa NOx kando kando.
• Uigaji wakilishi wa RDE si ushahidi wa kufaa kikanuni shambani.
• Tofauti ndogo za WLTC THC na NOx kati ya TWC-2/TWC-3 si ushahidi wa maana ya kitakwimu kwa sababu usambazaji wa kutokuwa na uhakika haukufanywa.

Hitimisho la kihandisi katika uteuzi wa kichocheo

Njia ya uteuzi inayopendekezwa na utafiti ni kwanza kufafanua usambazaji wa joto, GHSV na λ wa matumizi lengwa ya gari badala ya kupanga vichocheo kwa nukta moja ya maabara. Kisha ramani ya ubadilishaji wa vichafuzi vingi ya kila uundaji wa kichocheo inalinganishwa na eneo hili la kazi. Hivyo maeneo yanayoamua kwa kweli uzalishaji wa mzunguko wa gari hupata uzito mkubwa zaidi.

Njia hii ni muhimu hasa katika PHEV; kwa sababu katika safari ileile kunaweza kutokea kuingia kazini kwa injini ikiwa baridi na baadaye uendeshaji wenye joto lakini mtiririko mkubwa sana wa egzozi. Kichocheo kinaweza kuwa kizuri sana katika tukio la kwanza na dhaifu kiasi katika tukio la pili. Faida ya CO light-off ya TWC-3 katika 30.000 h⁻¹ kutogeuka kuwa uzalishaji wa chini zaidi wa CO katika mzunguko mzima ni mfano wa moja kwa moja wa hoja hii.

Dokezo la chanzo na mbinu

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

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

Mwandishi anayewajibika: Hong Chen.

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

Jarida: Energies.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / nambari ya makala: 19 / 4231.

DOI:10.3390/en19184231

Uwasilishaji: 5 Agosti 2026. Mapitio: 27 Agosti 2026. Kukubaliwa: 2 Septemba 2026. Kuchapishwa: 8 Septemba 2026.

Aina ya chanzo: Makala asili ya utafiti iliyopitiwa na wenzao; utafiti wa majaribio-uundaji unaounganisha majaribio yaliyodhibitiwa ya kichocheo cha gesi sintetiki na uigaji wa gari/baada ya matibabu ya egzozi.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY), ufikiaji wazi.

Ufadhili: 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. Waandishi walisema kuwa utafiti haukufadhiliwa na Guangzhou Automobile Group.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa michango asili iliyowasilishwa katika utafiti imo ndani ya makala, na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi anayewajibika.

Mgongano wa maslahi: Hong Chen, Jiakun Du na Chengyun Wang wanafanya kazi ndani ya Guangzhou Automobile Group. Waandishi wengine walitangaza kuwa hakuna uhusiano unaoweza kuunda mgongano wa kibiashara au kifedha wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji dhana K.L. na X.J.; mbinu X.J.; programu X.J.; uthibitishaji K.L., X.J. na H.C.; uchambuzi rasmi F.X.; utafiti J.D. na Y.L.; rasilimali H.C.; ukurasishaji wa data C.W.; rasimu ya kwanza K.L.; mapitio na uhariri K.L.; taswira X.J.; ushauri H.C. na F.X.; usimamizi wa mradi H.C.

Kizuizi kikuu cha kimethodolojia 1: Jumla ya PGM, Pd, Rh na uwiano wa Pd/Rh havikubadilishwa kama sababu huru. Athari za uundaji haziwezi kutenganishwa kuwa athari za kila metali moja moja.

Kizuizi kikuu cha kimethodolojia 2: Uzeeshaji wa tanuru wa saa 15 katika 980 °C ni hali nzito na iliyosanifiwa ya kuzeeka kwa joto, lakini haiwakilishi historia yote ya kuzeeka kwa joto na kemikali ya maisha halisi ya huduma ya PHEV.

Kizuizi kikuu cha kimethodolojia 3: Kwenye benchi, C3H6 ilitumika kama wakilishi wa ubadilishaji wa THC katika modeli ya mzunguko; NO ilitumika kama wakilishi wa tabia kuu ya NOx kutoka injini.

Kizuizi kikuu cha kimethodolojia 4: Hakuna ekstrapolasheni iliyofanywa katika nukta za joto, GHSV na λ zilizo nje ya ramani ya ubadilishaji; ingizo zilifungwa kwenye mpaka wa karibu zaidi wa majaribio.

Kizuizi kikuu cha kimethodolojia 5: Kutokuwa na uhakika kwa sifa za ubadilishaji za majaribio hakukuwekwa kwenye usambazaji wa kiasi wa kutokuwa na uhakika katika uigaji wote wa mzunguko. Hasa tofauti ndogo kati ya TWC-2/TWC-3 hazipaswi kufasiriwa kama mgawanyiko wa kitakwimu.

Kizuizi kikuu cha kimethodolojia 6: Ingawa data ya RDE ilichukuliwa kutoka wasifu wakilishi wa uendeshaji halisi barabarani, utafiti huu haukutumia mzunguko wa RDE kwa madhumuni ya kuthibitisha kufaa kikanuni.