Катализатори сеҷонибаи Pd-Rh (three-way catalyst, TWC) катализатори паскоркарди гази ихроҷ аст, ки барои ҳамзамон табдил додани моноксиди карбон, карбогидридҳо ва оксидҳои нитроген дар ихроҷи муҳаррики бензинӣ дар шароитҳои наздик ба стехиометрия истифода мешавад. Ин таҳқиқот санҷидааст, ки оё дар автомобилҳои plug-in hybrid electric интихоби катализатор танҳо бо сарбории умумии металли қиматбаҳо ё бо як ҳарорати light-off кофӣ аст ё не. Се формулатсияи Pd-Rh-и бе Pt, ки ба пиршавии тезонидашудаи гармии муштараки 980 °C/15 соат дучор карда шуданд, бо light-off, суръати ҳаҷмии соатии газ вобаста ба ҳарорат ва сканҳои λ таҷрибавӣ тавсиф шуданд; харитаҳои табдили бадастомада баъдан ба моделҳои автомобил, эмиссияҳои баромади муҳаррик, рафтори гармии катализатор ва паскоркарди ихроҷ пайваст шуда, дар WLTC ва профили намояндагии RDE баҳогузорӣ гардиданд. Натиҷаҳо нишон доданд, ки TWC-3 бо баландтарин сарбории умумии металли қиматбаҳо дар ҳар шароит эмиссияи пасттаринро таъмин намекунад; TWC-2 бошад аз назари назорати CO, карбогидрид ва NO/NOx дар майдони васеътари корӣ мутавозинтар аст.

Се формулатсия геометрияи якхелаи субстратро истифода карданд. Массаи умумии PGM-и TWC-1 3,32 g, TWC-2 5,32 g ва TWC-3 8,86 g мебошад. Дар муқобил, нисбати массаи Pd/Rh дар TWC-2 9,57 аст, дар TWC-3 бошад ин нисбат ба 19,00 мерасад. Аз ин рӯ TWC-3 танҳо катализаторе нест, ки “металли қиматбаҳои бештар” дорад; ҳамзамон он стратегияи дигари формулатсия аст, ки нисбат ба Rh ба таври назаррас Pd-и бештар дорад.

Дар шароити light-off-и 30.000 h⁻¹, TWC-3 барои CO пасттарин ҳароратҳои T50 ва T90-ро дод, дар ҳоле ки пасттарин арзишҳои T50 барои C3H6 ва NO дар TWC-2 гирифта шуданд. Дар шароити 50.000 h⁻¹, TWC-2 барои ҳар се ифлоскунанда пасттарин арзишҳои T50 ва T90-ро нишон дод. Ҳангоми гузаштан ба давраҳои пурраи ронандагӣ фарқ равшантар шуд: TWC-2 нисбат ба TWC-3 эмиссияи CO-и пешбинишуда дар баромади TWC-ро дар WLTC %10,0 ва дар профили RDE %36,4; эмиссияи NOx-ро бошад мутаносибан %4,1 ва %18,8 кам кард. TWC-2 ҳамчунин дар ҳар ду баҳогузорӣ пасттарин эмиссияҳои THC-и ҳамгирошудаи давраро тавлид кард.

Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки тартиббандии соддаи “сарбории баландтари PGM = иҷрои беҳтари эмиссия дар сатҳи автомобил” дуруст нест. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот иҷозат намедиҳад, ки фарқи байни TWC-2 ва TWC-3 танҳо ҳамчун таъсири мустақили сабабии Pd, Rh ё нисбати Pd/Rh шарҳ дода шавад; зеро ин тағйирёбандаҳо дар тарҳи таҷриба аз ҳам мустақил иваз карда нашудаанд.

Масъалаи таҳқиқот

Автомобилҳои plug-in hybrid electric ҳарчанд ҳиссаи муҳими рондани барқӣ доранд, муҳаррики сӯхти дохилиро пурра нест намекунанд. Муҳаррик метавонад ҳангоми оғози аввалини сард, дубора фаъол шудан, суръатгирии тез, талаботи баланди қувва ё паст шудани ҳолати заряди батарея кор кунад. Ин ҳолатҳо, махсусан пеш аз расидани катализатор ба ҳарорати самарабахш, метавонанд эмиссияҳои CO, THC ва NOx-ро барои муддати кӯтоҳ, вале то сатҳҳои баланд боло баранд.

Катализатори як PHEV на танҳо дар оғози сард; балки дар ҳодисаҳои такрории фаъол-хомӯш шудани муҳаррик, дар дебити баланди ихроҷ ва дар каҷравиҳои муваққатӣ аз стехиометрия ба тарафи бой ё камбағал низ бояд кор кунад. Бинобар ин кафолат нест, ки формулатсияе, ки дар як санҷиши лаборатории light-off хуб менамояд, дар давраи пурраи ронандагӣ низ беҳтарин формулатсия мешавад.

Фарзияи асосии муҳаққиқон ин аст, ки як тартиббандии light-off ва миқдори умумии металли қиматбаҳо барои пешгӯии иҷрои эмиссия дар сатҳи давра нокифояанд. Ба ҷои ин, пешниҳод шудааст, ки рафтори табдили бисёрифлоскунандаи катализатор дар майдони кории ҳарорат, GHSV ва λ бо минтақаҳои корие, ки автомобил дар давраи воқеӣ мегузарад, мутобиқ карда шавад.

Чаро суръати ҳаҷмии соатии газ (GHSV) дар иҷрои катализатор муҳим аст?

Суръати ҳаҷмии соатии газ (gas hourly space velocity, GHSV) параметри корӣ аст, ки ҳаҷми гази дар як соат аз ҳаҷми геометрии воҳиди катализатор гузарандаро нишон медиҳад ва бо вақти дастрас барои тамоси газ дар дохили катализатор мустақиман вобаста аст. Вақте GHSV баланд мешавад, газ аз бистари катализатор тезтар мегузарад ва вақти самарабахши мондан кӯтоҳ мегардад; махсусан дар ҳарорати паст, агар кинетикаи реаксия низ суст бошад, GHSV-и баланд метавонад талафи табдилро зиёд кунад.

Дар таҳқиқот GHSV бо робитаи зерин муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо \(\dot{V}_{gas}\) дебити умумии ҳаҷмии газро дар шароитҳои истинодии зикршуда; \(V_{CAT}\) бошад ҳаҷми геометрии намунаи катализаторро ифода мекунад. Воҳиди GHSV h⁻¹ аст. Аз назари математикӣ, зиёд кардани дебити газ дар ҳамон ҳаҷми катализатор GHSV-ро баланд мекунад. Аз назари физикӣ, натиҷа коҳиш ёфтани вақти миёнаест, ки реагентҳо метавонанд бо сатҳи каталитикӣ ҳамтаъсир шаванд.

Дар ин таҳқиқот GHSV набояд танҳо ҳамчун тағйирёбандаи мустақил баррасӣ шавад. Дар таҷрибаҳои ҳарорат-GHSV, ҳар яке аз шароитҳои 25.000, 50.000, 100.000, 150.000, 200.000 ва 250.000 h⁻¹ бо таркибҳои гуногун, вале намояндагии гази баромади муҳаррик ҷуфт карда шудаанд. Аз ин сабаб тағйироти мушоҳидашуда на танҳо таъсири холиси суръати газ, балки таъсири таркиби воридшавандаеро низ дар бар мегирад, ки ба минтақаи дебити дахлдор мувофиқ аст.

Се формулатсияи катализатор

TWC-1 истиноди пастсарборӣ аст. Дар TWC-2 ҳам Pd ва ҳам Rh тақрибан мутаносиб зиёд карда шуда, нисбати Pd/Rh ба TWC-1 наздик нигоҳ дошта шудааст. TWC-3 бошад PGM-и умумии бештар ва Pd-и хеле бештар дорад, дар ҳоле ки сарбории Rh аз TWC-2 каме пасттар аст. Аз ин рӯ муқоисаи TWC-2/TWC-3 таҷрибаи ҷудошудаи якомилаи Pd ё Rh нест.

Намунаҳо ва пиршавии тезонидашуда

Аз хиштҳои пурраи катализатор намунаҳои силиндрии монолит бо диаметри 1 дюйм, яъне 25,4 mm, ва дарозии 25,4 mm гирифта шуданд. Ҳамаи намунаҳо зичии ҳуҷайраи 600 cpsi доранд. Намунаҳо ба дохили найчаи реактори кварсӣ ҷойгир карда шуда, барои пешгирӣ аз bypass шудани газ аз атрофи намуна бо мӯҳри 3M-и тобовар ба ҳарорати баланд аз гирду атроф маҳкам карда шуданд.

Се катализатор ба як таърихи гармӣ дучор карда шуд. Онҳо аз ҳарорати хона то 980 °C бо суръати 5 °C/дақ гарм карда шуда, дар 980 °C 15 соат нигоҳ дошта шуданд. Ин амал мақсад надорад тамоми умри хизмати автомобилро айнан бозтавлид кунад. Дар ҳаёти воқеӣ пиршавии катализатор давраҳои такрории гармшавӣ-хунукшавӣ, буғи об, ҷузъҳои гуногуни ихроҷ ва шароитҳои доимо тағйирёбандаи корро дар бар мегирад. Протоколи ин ҷо ба муқоисаи формулатсияҳо дар ҳолати умумӣ ва вазнини пиршавии термикии тезонидашуда равона шудааст.

Системаи таҷрибавии гази синтетикӣ бо бистари собит

Стенде, ки дар Расми 1-и манбаъ нишон дода шудааст, аз баллонҳои газ, танзимгарони фишор, клапанҳои сӯзанӣ, назоратгарони дебити массавӣ, бухоркунандаи об, кӯраи найчагии барқӣ, реактори кварсӣ ва таҳлилгари гази инфрасурх бо табдили Фурйе иборат аст. Дебити ҳар ҷузъи газ мустақилона назорат шуд; буғи об пеш аз реактор ба газҳои дигар илова гардид. Таркибҳои воридшавӣ ва хориҷшавӣ бо таҳлилгари MKS MultiGas 6030, model 6030BBG2BZKS13T FTIR чен карда шуданд.

Дар таҷрибаҳои гази синтетикӣ ҳамчун намояндаи карбогидрид пропен, C3H6 истифода шуд. Чениши C3H6 мустақиман “табдили THC” нест; карбогидридҳои ихроҷи воқеии муҳаррик намудҳои зиёдеро дар бар мегиранд, ки хусусиятҳои гуногуни адсорбсия ва оксидшавӣ доранд. Дар модели давра, харитаи табдили C3H6 ҳамчун намояндаи рафтори нисбии табдили карбогидридҳои умумӣ истифода шудааст.

Ба ҳамин монанд, ба омехтаҳои синтетикӣ ҳамчун оксиди нитроген танҳо NO дода шуд. Аз ин рӯ миқдори дар стенд ченшуда табдили NO мебошад. Дар модел ин хусусият ҳамчун намоянда барои ҷузъи ҳукмрони NOx-и баромади муҳаррик истифода шудааст; натиҷаҳои NOx дар сатҳи давра бояд бо ин фарзияи моделсозӣ якҷо шарҳ дода шаванд.

Арзиши λ дар катализатори сеҷониба ба табдили CO, карбогидрид ва NO чӣ гуна таъсир мекунад?

Дар катализатори сеҷониба λ нишондиҳандаи редокс аст, ки бой, стехиометрӣ ё камбағал будани омехтаи ихроҷро муайян мекунад: λ < 1 шарти бой, λ = 1 шарти стехиометрӣ ва λ > 1 шарти камбағалро ифода мекунад. Дар тарафи бой норасоии оксиген оксидшавии CO ва карбогидридҳоро маҳдуд мекунад; дар тарафи камбағал бошад оксигени зиёдатӣ ва камшавии намудҳои коҳишдиҳанда коҳиши NO-ро зуд бад мекунад. Аз ин рӯ минтақае, ки CO, карбогидрид ва NO ҳамзамон баланд табдил мешаванд, дар атрофи λ ≈ 1 аст ва GHSV-и баланд ин равзанаи истифодашавандаро танг мекунад.

Таърифи λ, ки барои омехтаи синтетикӣ дар манбаъ истифода шудааст, чунин аст:

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

Қавсҳои чоркунҷа консентратсияҳои молярии воридшавии ҷузъҳоро нишон медиҳанд. Дар манбаъ ҳадафи λ бо тағйир додани консентратсияи O2 дар ҳолате сохта шудааст, ки консентратсияҳои номиналии ҷузъҳои асосии дигар нигоҳ дошта мешаванд.

Самаранокии табдили фаврии ифлоскунанда бошад:

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

ҳисоб карда шудааст. Дар ин ҷо \(C_{i,\mathrm{in}}\) ва \(C_{i,\mathrm{out}}\) мутаносибан консентратсияҳои ифлоскунандаи i дар даромад ва баромади катализатор мебошанд. Арзише, ки ба %100 наздик мешавад, нишон медиҳад, ки қисми зиёди ифлоскунандаи воридшуда дар шарти кории дахлдор табдил ёфтааст.

Мантиқи таҷрибаҳои light-off

Таҷрибаҳои light-off дар GHSV-и 30.000 ва 50.000 h⁻¹ гузаронда шуданд. Ҳарорати катализатор бо суръати 5 °C/дақ зиёд карда шуд; таркиби воридшавӣ ва дебити газ дар тӯли санҷиш доимӣ нигоҳ дошта шуданд. Иҷро бо T50 ва T90 ифода шуд. T50 ҳарорати катализатор аст, ки табдил ба %50 мерасад; T90 бошад ҳароратест, ки табдил ба %90 мерасад. Арзиши пасттар маънои фаъолият беҳтар дар ҳарорати пастро дорад.

Дар ҷадвал арзишҳои графикӣ, ки дар матни манбаъ ба шакли рақамӣ навишта нашудаанд, бо тахмин пур карда нашудаанд. Ин барои қоидаи Verianla — “арзиши тақрибан аз график хондашударо ҳамчун маълумоти қатъӣ надодан” — махсусан муҳим аст.

Майдони кории ҳарорат-GHSV

Муҳаққиқон катализаторро танҳо дар гузариши light-off насанҷиданд. Бо шароитҳои GHSV-и 25.000, 50.000, 100.000, 150.000, 200.000 ва 250.000 h⁻¹ ва дар фосилаи ҳарорати 100–650 °C майдони васеи табдил сохта шуд. Натиҷаҳо махсусан дар буришҳои 350, 450, 550 ва 650 °C муқоиса гардиданд.

Тамоюли умумӣ барои се ифлоскунанда ин аст, ки бо боло рафтани GHSV табдил коҳиш меёбад. Пастшавии қавитарин дар 350 °C рӯй дод; зеро дар ин минтақа суръати реаксия ба ҳарорат сахт вобаста аст ва GHSV-и баланд вақти мондани газро кам мекунад. Вақте ба 550–650 °C расид, катализаторҳо ба дараҷаи зиёд фаъол буданд, бинобар ин фарқи формулатсия бештар дар арзишҳои баландтарини GHSV намоён шуд.

TWC-1 махсусан дар минтақае, ки ҳарорати паст бо GHSV-и баланд якҷо мешавад, бузургтарин талафи иҷроишро нишон дод. TWC-3 ҳарчанд дар оксидшавии CO баъзе бартариҳои маҳаллӣ нишон дода метавонад, сарбории баланди Pd дар табдили C3H6 ё NO бартарии системавӣ таъмин накард. TWC-2 дар майдони кории таҳқиқшуда мувозинатноктарин омезишро байни фаъолият дар ҳарорати паст ва таҳаммул ба ҷараёни баланд дод.

Скани λ

Санҷишҳои λ барои кам кардани таъсири light-off дар 500 °C ва дар GHSV-и 25.000, 50.000, 100.000 ва 200.000 h⁻¹ гузаронда шуданд. λ бо танзими O2 аз 0,80 то 1,20 тағйир дода шуд.

Табдили CO ва C3H6 ҳангоми наздик шудан аз тарафи бой ба λ = 1 якбора боло рафт. Дар шароитҳои бой миқдори оксиген ин реаксияҳои оксидшавиро маҳдуд мекунад. Дар GHSV-и баланд вақти кӯтоҳи мондани газ ин масъаларо пурзӯр кард. TWC-1 ҳассостарин формулатсия буд, дар ҳоле ки TWC-2 ва TWC-3 табдили баландтар таъмин карданд.

Рафтори NO ба самти баръакс аст. Дар шароитҳои бой ва наздик ба стехиометрия табдили баланд нигоҳ дошта шуд, аммо бо гузашта шудани λ аз 1 табдили NO зуд коҳиш ёфт. Дар сатҳи 200.000 h⁻¹ ҳатто каҷравии хурди камбағал метавонад ба гурези равшани NO сабаб шавад. Ҳамин тавр дида шуд, ки GHSV-и баланд танҳо табдили миёнаро кам намекунад, балки ҳассосиятро ба каҷравиҳои кӯтоҳмуддати назорати λ низ зиёд мекунад.

Чаро TWC-3 бо баландтарин сарбории металли қиматбаҳо беҳтарин катализатор нашуд?

TWC-3 бо вуҷуди PGM-и умумии баландтар ва сарбории хеле баланди Pd натавонист дар тамоми майдони корӣ табдили CO, C3H6 ва NO-ро якҷоя дар сатҳи беҳтарин нигоҳ дорад. TWC-2 сарбории баландтари Rh, нисбати мутавозинтари тахминан 9,57 Pd/Rh ва иҷрои пайвастатари бисёрифлоскунанда дар минтақаҳои омезиши ҳарорати паст-GHSV баланд-гузаришҳои λ дорад; аммо чун матритсаи таҷриба Pd, Rh ва нисбати Pd/Rh-ро мустақил иваз накард, бартарии TWC-2-ро ба таъсири сабабии як металли муайян бастан мумкин нест.

Ин натиҷа нишон намедиҳад, ки миқдори металли қиматбаҳо аҳамият надорад. Дар ҳақиқат, TWC-1-и пастсарборӣ махсусан дар минтақаҳои душвори корӣ бештарин бадшавиро нишон дод. Нуктаи натиҷаҳо ин аст, ки баъд аз як остонаи муайян чӣ гуна тақсим шудани металли қиматбаҳо ва то чӣ андоза самаранок истифода шудани формулатсия дар минтақаҳои ҳарорат-GHSV-редокс, ки автомобил онҳоро мегузарад, метавонад мисли миқдори умумии металл муҳим бошад.

Модели автомобил ва системаи интиқоли қувва

Автомобили таҳқиқшуда меъмории PHEV аст, ки муҳаррики чорсилиндраи 2,0 L турбонадор, two-speed dedicated hybrid transmission, мошинҳои барқии P1 ва P3, батареяи баландшиддати 355 V/25,6 kWh ва батареяи пастшиддати 12 V дорад. Қувваи максималии муҳаррик 140 kW аст. Массаи холии автомобил 2511 kg ва радиуси ғелиши шина 354,4 mm мебошад.

Суръати автомобил ва нишебии роҳ аввал барои ҳисоб кардани қувваи кашиши зарурӣ истифода шуданд; модели системаи интиқоли қувва муайян кард, ки муҳаррик кор мекунад ё не, суръат ва моменти муҳаррик, дебити массавии ихроҷ, ҳарорат ва λ чӣ гунаанд. Ин тағйирёбандаҳо ба ҳисобҳои эмиссияи баромади муҳаррик ва паскоркард интиқол дода шуданд.

Модели эмиссияи баромади муҳаррик

Эмиссияҳои CO, THC ва NOx-и баромади муҳаррик аз харитаҳои ҷудогонаи суръат-моменти муҳаррик барои кори EGR кушода ва EGR баста сохта шуданд. Азбаски харитаҳои статсионарӣ оғози аввалини муҳаррик, тағйири зудтари бор ва таъсирҳои ҳолати гармиро пурра дар бар гирифта наметавонанд, ислоҳҳои ҳарорати оби хунуккунӣ, λ ва вақти шарора илова шуданд:

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

\(E_{i,\mathrm{base}}\) эмиссияи асосии баромади муҳаррик аст, ки бо интерполятсия аз харитаи суръати муҳаррик \(n\) ва момент \(T\) гирифта мешавад. \(C_{T,i}\), \(C_{\lambda,i}\) ва \(C_{\Delta ign,i}\) мутаносибан коэффитсиентҳои ислоҳ барои ҳарорати оби хунуккунии муҳаррик, нисбати зиёдатии ҳаво ва каҷравии вақти шарора мебошанд.

Модели гармии TWC ва cGPF

Системаи паскоркарди ихроҷ аз TWC дар ҷараёни болоӣ ва филтри зарраҳои бензинии катализдор (cGPF) дар ҷараёни поёнӣ иборат буд. TWC ва cGPF дар самти меҳварӣ ба бахшҳо ва дар самти радиалӣ ба минтақаҳои марказӣ ва канорӣ ҷудо шуданд. Барои гази ихроҷ, washcoat, субстрат ва корпус гиреҳҳои гармии ҷудогона истифода шуданд. Модель энталпияи гази ихроҷ, интиқоли гармии газ-сахт, гузаронандагии меҳварӣ ва радиалӣ, гармии реаксия ва талафи гармӣ ба муҳитро ба ҳисоб гирифт.

Дар ҳар қадами вақти симулятсия ҳарорати намояндагии катализатор, GHSV ва λ муайян шуда, сипас самаранокиҳои табдили махсуси формулатсия, ки ба ин координатаҳо мувофиқанд, аз маҷмуаҳои маълумоти таҷрибавӣ гирифта шуданд. Байни нуқтаҳои таҷрибавӣ интерполятсияи хаттӣ истифода шуд. Вақте ҳарорат, GHSV ё λ аз майдони таҷрибавӣ берун мерафт, арзиш ба наздиктарин ҳадди таҷрибавӣ маҳкам карда мешуд ва берун аз майдони таҷрибавӣ экстраполятсия анҷом дода нашуд.

Миқдорҳои табдили ҳисобшуда бо мавҷудияти ифлоскунанда, стехиометрияи реаксия ва тавозуни эквивалентии нигоҳдорӣ-раҳоии оксиген маҳдуд карда шуданд. Ҳамин тавр ҳадаф пешгирӣ аз пешгӯиҳои ғайрифизикӣ буд, ба монанди табдили ифлоскунанда бештар аз миқдори воридшуда ё идомаи оксидшавӣ дар ҳолате, ки оксигени дастрас тамом шудааст. Модель барои ҳалли кинетикаи муфассали реаксияҳои рӯизаминӣ не, балки барои пешгӯии муҳандисии сатҳи давра тарҳрезӣ шудааст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Чаро WLTC ва RDE катализаторро ба таври гуногун зери фишор мегузоранд?

WLTC дар автомобили таҳқиқшуда ба рафтори ҳарорати паст ва миёнаи катализатор бештар вазн медиҳад, дар ҳоле ки профили намояндагии RDE катализаторро асосан дар шароити гарм, вале бо ҷараёни хеле баландтари ихроҷ ва GHSV кор фармудааст. %7,15-и WLTC дар зери 350 °C рух дода ва GHSV тақрибан дар зери 140.000 h⁻¹ мондааст; дар профили RDE қисми зери 350 °C танҳо %1,18 буд, аммо GHSV аз 200.000 h⁻¹ боло рафт ва кори бойи λ < 0,95 бештар дида шуд. Аз ин рӯ WLTC light-off ва фаъолият дар ҳарорати миёнаро, RDE бошад таҳаммули гармӣ-ҷараёни баланд ва редокси муваққатиро қавитар месанҷад.

Муқоисаи майдонҳои кории WLTC/RDE

Тасдиқи модель

Модель нисбат ба маълумоти таҷрибавии WLTC дар се сатҳ баҳогузорӣ шуд: рафтори автомобил ва системаи интиқоли қувва; λ, вақти шарора, ҳарорати оби хунуккунӣ, дебити ихроҷ ва эмиссияҳои баромади муҳаррик; дар охир эмиссияҳои кумулятивии CO, THC ва NOx дар баромади cGPF. Муқоисаҳои Расмҳои 7–9-и манбаъ нишон медиҳанд, ки ҳодисаҳои start-stop-и муҳаррик, тағйироти бор, шартҳои сарҳадии ихроҷ ва тамоюлҳои умумии эмиссия аз ҷониби модель умуман бозтавлид шудаанд.

Ин тасдиқ махсусан барои WLTC аст. Гарчи профили RDE профили динамикии намояндагӣ аз рондани воқеӣ бошад ҳам, таҳқиқот онро ҳамчун санҷиши мутобиқати танзимии RDE ё тасдиқи мустақили эмиссия дар ҳамон сатҳ пешниҳод намекунад.

Натиҷаи давраи WLTC

TWC-2 дар WLTC CO-ро нисбат ба TWC-1 %11,5 ва нисбат ба TWC-3 %10,0 кам кард. Камшавии NOx мутаносибан %42,4 ва %4,1 аст. Фарқи байни арзишҳои THC хурдтар аст; арзиши 9,88 mg/km-и TWC-2 пасттарин натиҷа мебошад.

Фарқҳои тахминии WLTC THC ва NOx байни TWC-2 ва TWC-3 тақрибан дар сатҳи %2,8 ва %4,1 мебошанд. Азбаски номуайянии хусусиятҳои табдили таҷрибавӣ дар тамоми симулятсияи давра алоҳида паҳн карда нашудааст, муаллифон равшан таъкид мекунанд, ки ин фарқҳои хурд набояд ҳамчун ҷудоии омории маънодор шарҳ дода шаванд.

cGPF нисбат ба баромади TWC дар WLTC иловатан барои CO %1,73–2,67, барои THC %1,92–2,36 ва барои NOx %9,78–13,67 коҳиш дод. Бо вуҷуди истифодаи ҳамон параметрҳои cGPF, азбаски шартҳои сарҳадии воридшавӣ вобаста ба формулатсияи TWC тағйир ёфтанд, таъсири нисбии cGPF дар се конфигуратсия комилан яксон нест. Бо вуҷуди ин тартиби формулатсия тағйир наёфт.

Натиҷаи давра дар профили RDE

Профили RDE фарқи байни формулатсияҳоро равшантар кард. Натиҷаи CO-и TWC-2 аз TWC-1 %49,7 ва аз TWC-3 %36,4 пасттар аст. Дар NOx фарқ боз ҳам калонтар аст: TWC-2 нисбат ба TWC-1 %75,5 ва нисбат ба TWC-3 %18,8 камтар эмиссияи тахминии NOx дар баромади TWC тавлид кард.

Барои THC, TWC-2 аз TWC-1 %24,5 паст ва аз TWC-3 танҳо %2,8 паст натиҷа дод. Нуктаи ҷолиб ин аст, ки тартиби THC байни WLTC ва RDE тағйир ёфт. Дар WLTC, TWC-3 дар баъзе гузаришҳои ҳарорати паст ва миёна гурезҳои калонтарини THC эҷод кард, дар ҳоле ки дар шароитҳои RDE-и гарм ва дорои вазни GHSV-и баланд TWC-1-и пастсарбории PGM бештар бад шуд.

Дар RDE коҳиши иловагии cGPF барои CO дар фосилаи %4,51–6,22, барои THC %5,56–13,55 ва барои NOx %19,41–25,33 буд. Боз ҳам тартиби пас аз cGPF тартиби пас аз TWC-ро тағйир надод.

Шарҳи физикӣ аз рӯи ифлоскунанда

CO: Дар 30.000 h⁻¹, TWC-3-и дорои сарбории баланди Pd бартарии маҳаллии light-off нишон дод. Аммо вақте ҷараёни баланд, минтақаҳои гуногуни λ ва якпорчагии давра ба ҳисоб гирифта шуданд, TWC-2 назорати устувортари CO таъмин кард.

Карбогидрид: Табдили C3H6 ба омезиши ҳарорати паст ва GHSV-и баланд нисбат ба CO ҳассостар буд. Сарбории иловагии Pd-и TWC-3 дар муқобили TWC-2 ба бартарии системавӣ табдил наёфт.

NO/NOx: Табдили NO бо минтақаҳои фаъоли дорои Rh, мувозинати Pd/Rh, дастрасии намудҳои коҳишдиҳанда ва λ сахт вобаста аст. Бо вуҷуди PGM-и умумии баланди TWC-3, сарбории Rh-и он аз TWC-2 пасттар аст ва нисбати Pd/Rh тақрибан ду баробар боло рафтааст. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки TWC-3 аз назари NOx TWC-2-ро ба таври системавӣ пеш нагузаштааст. Бо вуҷуди ин матритсаи мавҷудаи формулатсия иҷозат намедиҳад, ки ин натиҷа танҳо ба таъсири мустақили миқдори Rh кам карда шавад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Як меъёри CO light-off беҳтарин катализатори давраро барои се ифлоскунанда боэътимод муайян намекунад.
• Тартиби формулатсияи TWC метавонад вобаста ба ҳарорат, GHSV, λ, навъи ифлоскунанда ва давраи ронандагӣ тағйир ёбад.
• TWC-1-и пастсарборӣ махсусан вақте ҳарорати паст бо GHSV-и баланд якҷо пайдо шуд, бештарин талафи табдилро нишон дод.
• Доштани баландтарин PGM умумӣ ва сарбории Pd дар TWC-3 барои C3H6 ва NO бартарии доимӣ таъмин накард.
• TWC-2 дар майдонҳои кории WLTC ва RDE-и таҳқиқшуда натиҷаи мутавозинтарини CO-THC-NOx дод.
• Барои интихоби катализатор дар сатҳи автомобил, арзёбии харитаҳои табдили махсуси формулатсия бо тақсимоти воқеии ҳарорат-GHSV-λ-и автомобил аз як арзиши T50 намояндагитар аст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Хулоса баровардан мумкин нест, ки “агар миқдори Pd зиёд карда шавад, иҷро ҳатман бад мешавад”.
• Хулоса баровардан мумкин нест, ки “Rh танҳо масъули бартарии TWC-2 аст”.
• Пиршавии 980 °C/15 соат тамоми умри хизмати катализатори PHEV-ро намояндагӣ намекунад.
• Табдили C3H6 бо табдили ҳамаи намудҳои карбогидрид дар ихроҷи воқеии муҳаррик яксон нест.
• Маълумоти стендии NO ҳамаи намудҳои таркиби воқеии NOx-ро ҷудогона намояндагӣ намекунад.
• Симулятсияи намояндагии RDE далели мутобиқати танзимии саҳроӣ нест.
• Фарқҳои хурди WLTC THC ва NOx байни TWC-2/TWC-3, чун паҳнкунии номуайянӣ анҷом нашудааст, далели маънодории оморӣ нестанд.

Хулосаи муҳандисӣ дар интихоби катализатор

Равиши интихобе, ки таҳқиқот пешниҳод мекунад, ин аст, ки ба ҷои аввал аз рӯи як нуқтаи лабораторӣ тартиб додани катализаторҳо, тақсимоти ҳарорат, GHSV ва λ-и татбиқи ҳадафии автомобил муайян карда шавад. Сипас харитаи табдили бисёрифлоскунандаи ҳар як формулатсияи катализатор бо ин майдони корӣ мутобиқ карда мешавад. Ҳамин тавр минтақаҳое, ки воқеан эмиссияи давраи автомобилро муайян мекунанд, вазни бештар мегиранд.

Ин равиш махсусан дар PHEV муҳим аст; зеро дар як ронандагӣ ҳам фаъол шудани муҳаррики сард ва ҳам баъдан кори гарм, вале дорои дебити хеле баланди ихроҷ метавонад ба вуҷуд ояд. Катализатор дар ҳодисаи аввал хеле хуб ва дар ҳодисаи дуюм нисбатан суст буда метавонад. Ба пасттарин эмиссияи CO дар тамоми давра табдил нашудани бартарии CO light-off-и TWC-3 дар 30.000 h⁻¹ намунаи мустақими ҳамин нукта аст.

Ёддошти манбаъ ва усул

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

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

Муаллифи масъул: Hong Chen.

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

Маҷалла: Energies.

Нашриёт: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / рақами мақола: 19 / 4231.

DOI:10.3390/en19184231

Ирсол: 5 августи 2026. Бознигарӣ: 27 августи 2026. Қабул: 2 сентябри 2026. Нашр: 8 сентябри 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии аслии рецензияшуда; таҳқиқоти таҷрибавӣ-моделсозӣ, ки таҷрибаҳои назоратшудаи катализатори гази синтетикиро бо симулятсияи автомобил/паскоркарди ихроҷ муттаҳид мекунад.

Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY), дастрасии кушода.

Маблағгузорӣ: 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. Муаллифон қайд кардаанд, ки таҳқиқот аз ҷониби Guangzhou Automobile Group маблағгузорӣ нашудааст.

Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки саҳмҳои аслии пешниҳодшуда дар таҳқиқот дар дохили мақола мавҷуданд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Hong Chen, Jiakun Du ва Chengyun Wang дар Guangzhou Automobile Group кор мекунанд. Муаллифони дигар изҳор кардаанд, ки робитае вуҷуд надорад, ки бархӯрди манфиатҳои тиҷоратӣ ё молиявӣ эҷод кунад.

Саҳмҳои муаллифон: Консептуализатсия K.L. ва X.J.; усул X.J.; нармафзор X.J.; тасдиқ K.L., X.J. ва H.C.; таҳлили расмӣ F.X.; таҳқиқ J.D. ва Y.L.; захираҳо H.C.; курацияи маълумот C.W.; тарҳи аввал K.L.; бозбинӣ ва таҳрир K.L.; визуализатсия X.J.; машварат H.C. ва F.X.; идоракунии лоиҳа H.C.

Маҳдудияти асосии методӣ 1: PGM умумӣ, Pd, Rh ва нисбатҳои Pd/Rh ҳамчун омилҳои мустақил тағйир дода нашудаанд. Таъсирҳои формулатсия ба таъсирҳои алоҳидаи металл ҷудо карда намешаванд.

Маҳдудияти асосии методӣ 2: Пиршавии 15-соата дар кӯра дар 980 °C шарти вазнин ва стандартшудаи пиршавии термикӣ аст, аммо тамоми таърихи пиршавии термикӣ ва химиявии умри хизмати воқеии PHEV-ро намояндагӣ намекунад.

Маҳдудияти асосии методӣ 3: Дар стенд C3H6 барои табдили THC дар модели давра; NO бошад барои рафтори ҳукмрони NOx-и баромади муҳаррик ҳамчун намоянда истифода шудааст.

Маҳдудияти асосии методӣ 4: Дар нуқтаҳои ҳарорат, GHSV ва λ берун аз харитаи табдил экстраполятсия анҷом дода нашуда, воридҳо ба наздиктарин ҳадди таҷрибавӣ маҳкам карда шудаанд.

Маҳдудияти асосии методӣ 5: Номуайянии хусусиятҳои табдили таҷрибавӣ дар тамоми симулятсияи давра ба паҳнкунии миқдории номуайянӣ дучор карда нашудааст. Махсусан фарқҳои хурди байни TWC-2/TWC-3 набояд ҳамчун ҷудоии оморӣ шарҳ дода шаванд.

Маҳдудияти асосии методӣ 6: Ҳарчанд маълумоти RDE аз профили намояндагии рондани воқеии роҳ гирифта шудааст, ин таҳқиқот давраи RDE-ро барои тасдиқи мутобиқати танзимӣ истифода накардааст.