引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化装置及老化方法
阅读说明：本技术 引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化装置及老化方法 (Rapid aging device and aging method for catalyst rack introducing engine oil consumption dimension ) 是由 王云锋 董卿 侯富华 华耀 范文辉 林帅帅 周峰 朱云 毛冰斌 于 2021-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化方法。本发明的老化装置包括定量泵、容器、喷嘴、发动机及催化剂,还包括反映机油消耗量维度的机油桶,所述发动机上设置有进气歧管和排气歧管,所述进气歧管上连接有喷嘴,所述喷嘴的进口端连接有压缩空气和机油管,所述机油管的自由端伸入所述容器的底部,所述容器与机油桶之间设置有定量泵,所述定量泵的一端连接在所述机油桶的底部,另一端连接在所述容器内部的上部,所述排气歧管的出口端设置有催化剂。本发明在原来台架老化模式的基础上,增加了机油消耗维度,使高温失活与化学中毒同时作用到催化剂上,制备出更接近实车耐久的快速老化催化剂。(The invention relates to a rapid aging method of a catalyst rack with engine oil consumption dimension introduced. The aging device comprises a constant delivery pump, a container, a nozzle, an engine, a catalyst and an engine oil barrel reflecting the dimension of engine oil consumption, wherein an air inlet manifold and an exhaust manifold are arranged on the engine, the nozzle is connected to the air inlet manifold, the inlet end of the nozzle is connected with compressed air and an engine oil pipe, the free end of the engine oil pipe extends into the bottom of the container, the constant delivery pump is arranged between the container and the engine oil barrel, one end of the constant delivery pump is connected to the bottom of the engine oil barrel, the other end of the constant delivery pump is connected to the upper part inside the container, and the outlet end of the exhaust manifold is provided with the catalyst. On the basis of the original rack aging mode, the engine oil consumption dimension is increased, high-temperature inactivation and chemical poisoning are simultaneously acted on the catalyst, and the quick aging catalyst which is more close to the actual durability is prepared.)
技术领域
本发明属于催化剂制备
技术领域
，具体涉及一种引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化装置及老化方法。背景技术
目前我国已经执行国六排放标准，对整车的排放耐久性要求从国五阶段的16万公里提升到国六阶段的20万公里，这对后处理催化剂的耐久性要求也进一步提高。
整车开发阶段排放标定匹配需要提供不同状态的三元催化剂，其中快速老化态催化剂排放标定是一项重要的工作，目前车用催化剂老化的方法主要是台架发动机快速老化，即按照国标要求用特定的工况在发动机台架上进行快速老化试验，此方法所用条件与实际道路工况较为接近，同时可以大大缩短催化剂老化时间(一般台架老化时间在250小时以下)，是目前模拟老化标定用催化剂的主要老化方法。催化剂失效的主要因素是高温失效和化学中毒，目前的台架快速老化方法虽然模拟了催化剂在整车上的应用工况，其老化时长也是参照了整车工况的排气温度情况计算出来的，但其主要考虑的还是高温对催化剂的影响，并没有考虑整车实际道路长时间行驶时正常消耗的机油中的P、Ca等有害成分对催化剂的影响，化学中毒的影响因子很低，所以用这种方法制备的催化剂并不能完全模拟实车耐久。
发明内容
本发明针对主流的台架快速老化中没有考虑化学中毒的问题，提供了一种引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化装置及老化方法。本发明的催化剂台架快速老化方法在原来台架老化模式的基础上，增加了机油消耗维度，将额外的目标机油量引入台架快速老化发动机参与燃烧，使燃烧机油产生的P、Ca等有害成分产生的化学中毒作用到催化剂上，制备出更接近实车道路耐久的快速老化催化剂，从而模拟实车道路行驶中正常的机油消耗状况，使高温失效与化学中毒两种失效因素同时作用到催化剂上，制备出更接近实车道路耐久的快速老化催化剂。
为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化装置，包括定量泵、容器、喷嘴、发动机及催化剂，还包括反映机油消耗量维度的机油桶，所述发动机上设置有进气歧管和排气歧管，所述进气歧管上连接有喷嘴，所述喷嘴的进口端连接有压缩空气和机油管，所述机油管的自由端伸入所述容器的底部，所述容器与机油桶之间设置有定量泵，所述定量泵的一端连接在所述机油桶的底部，另一端连接在所述容器内部的上部，所述排气歧管的出口端设置有催化剂。
一种引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化方法，老化在上述老化装置上进行，具体包括以下步骤：
步骤S1、组装装置：将所述喷嘴的一端与发动机上的进气歧管连接，另一端连接压缩空气和机油管，所述机油管伸入容器底部，定量泵一端设置在所述机油桶的底部，另一端设置在所述容器内部的上部，催化剂布置在发动机排气歧管后部；
步骤S2、试验需消耗机油量准备：收集催化剂所匹配的整车在道路上行驶20万公里所消耗的机油量数据，准备相同量的机油作为台架快速老化消耗的机油量，将所需机油注入机油桶中；
步骤S3、进行老化试验：启动发动机，进入老化循环工况，打开连接喷嘴的压缩空气，启动定量泵，以设定的流量将机油从机油桶中抽至容器中，喷嘴利用射流式雾化原理产生的负压将容器中的机油吸入并雾化，与空气混合后吸入进气歧管，在发动机气缸中参与燃烧，模拟实车道路行驶中正常的机油消耗状况。
进一步地，所述定量泵的流量为0.5-15mL/min，设定流量为步骤S2所需机油量除以老化时长。
进一步地，步骤S3中进入所述喷嘴的压缩空气的压力为0.1-0.5kPa。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明针对主流的台架快速老化中没有考虑化学中毒的问题，在原来台架老化模式的基础上，增加了机油消耗维度，将额外的目标机油量引入台架快速老化发动机参与燃烧，使燃烧机油产生的P、Ca等有害成分产生的化学中毒作用到催化剂上，制备出更接近实车道路耐久的快速老化催化剂，从而模拟实车道路行驶中正常的机油消耗状况，使高温失效与化学中毒两种失效因素同时作用到催化剂上，制备出更接近实车道路耐久的快速老化催化剂。
附图说明
图1是本发明催化剂台架快速老化装置的结构示意图。
图2是催化剂B实车道路耐久最后5万公里平均排放值与使用台架快速老化催化剂A的整车排放值。
附图标记说明：1-机油桶；2-定量泵；3-容器；4-喷嘴；5-进气歧管；6-发动机；7-排气歧管；8-催化剂；9-机油管。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，一种引入机油消耗维度的催化剂台架快速老化装置，包括定量泵2、容器3、喷嘴4、进气歧管5、发动机6、排气歧管7及催化剂8，还包括反映机油消耗量维度的机油桶1，所述发动机6上设置有进气歧管5和排气歧管7，所述进气歧管5上连接有喷嘴4，所述喷嘴4的进口端连接有压缩空气和机油管9，所述机油管9的自由端伸入所述容器3的底部，所述容器3与机油桶1之间设置有定量泵2，所述定量泵2的一端连接在所述机油桶1的底部，另一端连接在所述容器3内部的上部，所述排气歧管7的出口端设置有催化剂8。
实施例1
选取国内某2.0L排量自然吸气汽油发动机项目作为实施例，其排放要求为国六b排放标准，其匹配的催化剂尺寸为φ118.4*152.4mm/600cpsi，贵金属浓度为36g/ft3(Pt:Pd:Rh＝0:32:4)，按上述尺寸和浓度制备2个完全相同的催化剂，分别标记为催化剂8A和催化剂8B。
将催化剂8A在上述催化剂台架快速老化装置上按照以下方法进行快速老化，实施步骤如下：
步骤S1、材料准备：如图1所示，准备机油桶1、定量泵2、容器3、喷嘴4、发动机6、催化剂8A、机油管9及压缩空气；
步骤S2、组装装置：如图1所示，将所述喷嘴4的一端与发动机6上的进气歧管5连接，另一端连接压缩空气和机油管9，喷嘴4用于调节压力和雾化效果，所述机油管9伸入容器3底部，定量泵2一端设置在所述机油桶1的底部，另一端设置在所述容器3内部的上部，催化剂8A布置在发动机排气歧管7后部；
步骤S3、试验需消耗机油量准备：收集催化剂8A所匹配的整车在道路上行驶20万公里所消耗的机油量数据，准备相同量的机油作为台架快速老化消耗的机油量，将所需机油注入机油桶1中；
具体地，机油消耗量在该车型上为每一万公里1升，法规要求的耐久里程为20万公里，即需要消耗的机油量为20L，将机油全部注入机油桶1。该项目经计算需完成的台架快速老化(SBC)时间为250小时，机油消耗量即为1.33mL/分钟，调节定量泵2至设定流量。
步骤S4、进行老化试验：启动发动机6，进入GB18352-2016标准中规定的老化循环工况，打开连接喷嘴4的压缩空气，调节进入喷嘴4的压缩空气压力为0.3kPa，启动定量泵2，以设定的1.33mL/分钟的流量将机油从机油桶1中抽至容器3中，喷嘴4利用射流式雾化原理产生的负压将容器3中的机油吸入并雾化，与空气混合后吸入进气歧管5，在发动机气缸中参与燃烧，模拟实车道路行驶中正常的机油消耗状况，老化时长250小时，老化完成后取下催化剂8A，完成总成封装后安装到整车上进行排放试验。
对实施例1得到的快速老化催化剂8A的排放值与实车道路耐久排放值进行比较。
按GB18352-2016标准要求进行I型排放试验，3次试验的平均排放值见表1。
表1催化剂8A按照GB18352-2016标准进行I型排放试验的平均排放值
由表1可以看出，催化剂8A老化后的排放值低于GB18352-2016规定的国六b阶段的限值要求，符合法规要求。
对比例1
将催化剂8B直接封装总成安装到整车上，在国家机动车检测中心按照GB18352-2016规定要求进行20万公里的实车道路耐久，历时8个月，耐久过程中每1万公里进行一次I型排放试验，测试结果见表2。
表2催化剂8B按照GB18352-2016标准进行实车道路耐久I型排放试验
g/km
限值
1w
2w
3w
4w
5w
6w
7w
8w
9w
10w
CO
0.5
0.2264
0.2111
0.2312
0.2654
0.3045
0.2574
0.2332
0.4181
0.3789
0.3876
THC
0.05
0.0184
0.0180
0.0212
0.0259
0.0233
0.0195
0.0206
0.0264
0.0261
0.0261
NOx
0.035
0.0079
0.0124
0.0121
0.0134
0.0158
0.0146
0.0134
0.0153
0.0137
0.0137
NMHC
0.035
0.0167
0.0160
0.0192
0.0231
0.0210
0.0174
0.0186
0.0240
0.0256
0.0238
g/km
限值
11w
12w
13w
14w
15w
16w
17w
18w
19w
20w
CO
0.5
0.2449
0.4089
0.2794
0.3096
0.2748
0.3655
0.2840
0.2787
0.2372
0.4026
THC
0.05
0.0354
0.0274
0.0310
0.0319
0.0328
0.0242
0.0337
0.0325
0.0250
0.0280
NOx
0.035
0.0190
0.0176
0.0125
0.0140
0.0217
0.0215
0.0189
0.0229
0.0211
0.0199
NMHC
0.035
0.0333
0.0250
0.0285
0.0295
0.0302
0.0208
0.0283
0.0282
0.0208
0.0239
由表2可以看出，安装了催化剂8B的20次整车试验的排放值低于GB18352-2016规定的国六b阶段的限值要求，符合法规要求。
取表2催化剂8B实车道路耐久最后5万(16万～20万)公里排放值的平均数，与表1使用本申请进行的台架快速老化件整车排放值相比较，见图2。
从图2可以看出，通过本申请实施例1制备的台架快速老化件排放值与对比例1中实车道路耐久后的排放值各项污染物差异均小于10％，性能相当。
对实施例1得到的快速老化催化剂8A与对比例1实车道路耐久得到的催化剂8B进行成分比较，比较结果见表3所示。
为验证在台架快速老化过程中添加机油消耗对催化剂老化的效果，取快速老化和实车道路老化两种途径制备的催化剂8A、8B进行组分分析，查看机油中Ca、P这两类外来组分在催化剂上的堆积，见表3。
表3机油中Ca、P在催化剂8A和催化剂8B上的堆积情况比较
比较项目
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(wt％)
CaO(wt％)
实车耐久件
6.23
0.515
台架快速老化件
5.69
0.455
通过表3成分分析结果可以看出，P2O5和CaO两种机油中外来物质在两种途径制备的催化剂上堆积差异很小，两种老化方式老化程度相当。
综上所述，本发明在传统的催化剂台架快速老化基础上增加了机油消耗量的维度，将额外的目标机油量引入台架快速老化发动机参与燃烧，使燃烧机油产生的P、Ca等有害成分产生的化学中毒作用到催化剂上，制备出的催化剂与道路耐久老化催化剂结果相当，大大缩短了耐久老化的时间，节约了费用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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