CN109541120A - 一种高通量尾气催化剂小样老化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通量尾气催化剂小样老化系统，包括小样钻取平台发动机排气系统、小样老化装置和分析仪；小样老化装置进气端通过连接钢管与发动机排气系统连接，出气端通过管路连接分析仪；小样老化装置尾气入口处和尾气出口处分别设置一氧传感器，并在小样老化装置前后分别装上温度传感器和压力传感器。本系统安装方便快捷，装置简便易用：大幅缩小了催化剂小样评价装置的工况与实际工况的差异；可同时进行多个催化剂小样的老化；可同时在相同条件下老化不同类型的催化剂小样。

Description

一种高通量尾气催化剂小样老化系统

技术领域

本应用技术涉及催化剂老化技术领域，具体为一种高通量尾气催化剂小样老化系统。

背景技术

催化剂小样评价的目标是模拟催化剂在不同气氛不同温度条件下的工作情况，在汽车尾气催化剂的研发工作中，对性能测试的要求极为重要。而性能测试包含小样评价试验、台架试验以及整车耐久试验。小样评价试验是指的从大体积的催化剂中取出一部分在专用的小样评价系统上进行测试，作为对整个催化剂性能的代表。

催化剂在新鲜状态与老化状态下的性能存在着显著的差异，老化既连续的工作运行状态，许多催化剂都存在着老化状态下，催化性能大幅下降，无法满足机动车尾气排放要求的问题，而作为机动车尾气催化剂厂家，对这方面的性能也是极为重视的，故在对催化剂性能进行评价测试的时候不单仅仅测试其新鲜态下的催化性能，也因关注其在老化状态下的催化剂性能。

传统的催化剂小样老化仅仅是通入一定浓度气体然后进行一段时间的高温焙烧来模拟催化剂在实际行车过程的老化程度，与发动机后端排气系统的实际情况还是有很大不同的，如果要真正的模拟发动机尾气的状况，将其直接置于发动机后端是最为接近真实的工作状态的。

发明内容

本发明基于机动车尾气排气系统，和专用的催化剂小样老化装置，设计了高通量催化剂快速老化实验装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，包括

小样钻取平台发动机排气系统、小样老化装置和分析仪；

小样老化装置进气端通过连接钢管与发动机排气系统连接，出气端通过管路连接分析仪；小样老化装置尾气入口处和尾气出口处分别设置一氧传感器，并在小样老化装置前后分别装上温度传感器和压力传感器；

对上述方案的进一步改进，小样老化装置包括壳体、衬垫和承载装置；

所述衬垫套设在承载装置外围后装配在承载装置的中心孔内；

所述承载装置包括外端面，所述外端面中心设置一气体分散器，位于气体分散器外周的靠近外端面靠近边缘处均匀开设有多个承载孔，各承载孔外圆包裹一层纤维毯。

对上述方案的进一步改进，气体分散器呈锥形尖头结构；

对上述方案的进一步改进，所述纤维毯为碳酸盐纤维毯。

对上述方案的进一步改进，温度传感器包括进气温度传感器和出气温度传感器，分别连接在专用老化装置前侧下端和后侧上端；

压力传感器包括进气压力传感器和出气压力传感器，分别连接在专用老化装置前侧上端和后侧下端，并相应的与进气温度传感器和出气温度传感器竖直位置对应。

对上述方案的进一步改进，出气管路包括排气管路和气体分析管路，气体分析管路连接气体分析仪。

本发明具有以下优点：

1、设计思路简洁明了，安装方便快捷，装置简便易用：装置结构简单，部件少，装配好之后直接用标准件与排气系统相连后启动发动机就可以直接使用，拆卸更换样品都非常方便，机加工的过程也十分简便。使用方法也非常的简单，操作工人可以轻易地使用这套装置来进行原本比较复杂的催化剂小样老化

2、大幅缩小了催化剂小样评价装置的工况与实际工况的差异：目前国内外绝大部分的催化剂小样老化装置都是基于模拟工况，而这个系统基于的是实际尾气排放工况，解决了模拟与实际工况差异性的难题。

3、可同时进行多个催化剂小样的老化；传统的催化剂小样老化系统都是仅能进行单个或者少量小样的同时老化而无法进行多样品的老化，本装置独创性的可以进行八个小样同时老化，提高了工作效率。

4、可同时在相同条件下老化不同类型的催化剂小样：在机动车尾气研发实验过程中，常常需要对不同催化剂进行同工况下老化后效果的对比，而这种对比需要的是相同的老化条件，这套系统可以保证多个不同催化剂在老化过程中完全接受一样的条件。

5、常规样品老化所使用的要么是管式炉，要么是马弗炉，当放入多个催化剂后往往因为炉内温场的变化导致各样品受热不均。而本设备可以直接使用发动机尾气对各样品进行加热，各样品受热均匀，消除了因为设备原因造成的误差，避免了因为错误老化导致的催化剂性能判断失误。

附图说明

图1是发动机排气系统结构图。

图2是本系统的结构示意图。

图3是小样老化装置的结构示意图。

图4是承载装置的平面截图。

图5是老化系统的流程步骤图。

图6是老化系统的工况循环图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，包括

排气系统100、小样老化装置200和分析仪206；

小样老化装置进气端通过连接钢管102与发动机排气系统100连接，出气端通过管路连接分析仪206；小样老化装置尾气入口处和尾气出口处分别设置一氧传感器201，并在小样老化装置前后分别装上温度传感器和压力传感器；

对上述方案的进一步改进，小样老化装置200包括壳体207、衬垫208和承载装置300；

所述衬垫208套设在承载装置300外围后装配在承载装置300的中心孔内；

所述承载装置300包括外端面304，所述外端面中心设置一气体分散器301，位于气体分散器外周的靠近外端面靠近边缘处均匀开设有多个承载孔302，各承载孔302外圆包裹一层纤维毯303。

对上述方案的进一步改进，气体分散器呈锥形尖头结构；

对上述方案的进一步改进，所述纤维毯303为碳酸盐纤维毯。

对上述方案的进一步改进，温度传感器包括进气温度传感器204和出气温度传感器203，分别连接在专用老化装置前侧下端和后侧上端；

压力传感器包括进气压力传感器202和出气压力传感器205，分别连接在专用老化装置前侧上端和后侧下端，并相应的与进气温度传感器和出气温度传感器竖直位置对应。

对上述方案的进一步改进，出气管路包括排气管路401和气体分析管路402，气体分析管路连接气体分析仪206。

排气管采用多管并联结构，可以支持同时老化多套专用小样老化装置；

如图1所示，为发动机排气系统101的结构图，具体的呈现了发动机工作原理，发动机工作就是吸入空气与燃油然后，然后在产生动力的同时生成大量尾气，本申请的小样老化装置就安装在发动机后极的位置，如图中显示为本申请专用小样老化装置处。

专用小样老化装置装载需要老化的催化剂小样，专用小样老化装置上前后分别的装上温度和压力传感器，并在尾气出入口处都装有氧传感器；专用小样老化装置后接出气管路，出气管路分为排气管路和气体分析管路，分析管路连接气体分析仪。

所述专用小样老化反应装置包括外壳和一体化催化剂小样承载装置，首先将从整块催化剂上取下的催化剂小样用钙镁硅酸盐纤维毯外衬进行包裹，目的是阻止热量通过装置上的金属直接传递给催化剂小样导致小样急速受热发生皲裂，然后塞入多孔承载器的预制孔中，紧接着把装配衬垫将一体化催化剂小样承载装置包裹起来，从水平位置装入外壳内，利用法兰片与机动车尾气排气系统的预留位置对接，预留位置位于排气歧管后端，既原机动车尾气催化剂的位置。

所述压力传感器、温度传感器放置于专用小样老化反应装置的外壳内部，前氧传感器放在专用小样老化反应装置前部的钢管内部，后氧传感装置放在专用小样老化反应装置后部钢管内，与专用小样老化反应装置间相距一段距离。

具体实施过程：

如图1所示，在机动车尾气排气系统101的基础上，采用钢管102引流，将尾气引入专用小样老化装置内，利用温度204，压力201和氧传感器202来实时监控尾气的状态。

如图2所示，这是专用老化装置的布局图，尾气进入小样老化装置后，首先由头部的前端气体分散器高效的将气体分散，使得气体平均的流入8个承载器的孔道之中，流入气体从催化剂小样的进气端，顺着催化剂自身的孔道从出气端流出，在催化剂的催化剂作用下进行反应，使得催化剂处于一种工作状态，并保持这种工作状态你所需要老化的时间后完成老化。

如图3所示，这是专用老化装置的截面示意图，中心是气体分散器，四周均布8个圆孔，圆孔内放置待老化的催化剂小样，采用硅酸盐纤维毯把催化剂小样包裹住之后放入圆孔中。

氧传感器控制前后空燃比变化，保证氧浓度在可控范围内，压力传感器的数据为了保证不存在前后憋压，或者因为压力过大导致催化剂失效，温度传感器的目的是监测整个老化过程的温度变化。

如图4-5所示，该图为持续时间下以发动机转速的交替来提供不同尾气的工况的实例图， S1表示第一工况，此时为低速工况，发动机转速为1500rpm，时长为t1秒，此时进气温度最高达到TP1℃压力达到P1 MPa，S2表示第二工况，一般为发动机中速工况，发动机转速控制在2000rpm，时间持续t2秒，此时进气温度最高达到TP2℃压力最高达到P2MPa，S3 表示第三工况，一般为发动机高速工况，发动机转速为2500rpm，时间控制总长t3秒，此时进气温度达到TP℃压力达到P3MPa，S4表示第四工况，此工况一般代表发动机的怠速公开，发动机转速为2200rpm，时间总长t4秒，此时进气温度达到TP4℃压力达到P4MPa，氧气传感器控制快速老化过程中氧浓度保持在Co1的限值以内

以下以一个老化工况实施例加以说明：

发动机采用1.6L多点电喷汽油车发动机，低转速段排气S1，持续5小时，废气压力为1.3MPa，尾气温度为600℃，中转速段排气S2，持续5小时，废气压力为1.08 MPa，尾气温度为700℃，短时高转速段排气S3，持续10分钟，废气压力为1.08 MPa，尾气温度为850℃，怠速段排气S4 ，持续1小时，废弃压力1.01MPa，尾气温度为500℃，

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，包括

小样钻取平台发动机排气系统（100）、小样老化装置（200）和分析仪（206）；

小样老化装置进气端通过连接钢管（102）与发动机排气系统（100）连接，出气端通过管路连接分析仪（206）；小样老化装置尾气入口处和尾气出口处分别设置一氧传感器（201），并在小样老化装置前后分别装上温度传感器和压力传感器。

2.如权利要求1所述的一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，

小样老化装置（200）包括壳体（207）、衬垫（208）和承载装置（300）；衬垫（208）套设在承载装置（300）外围后装配在承载装置（300）的中心孔内；

承载装置（300）包括外端面（304），所述外端面中心设置一气体分散器（301），位于气体分散器外周的靠近外端面靠近边缘处均匀开设有多个承载孔（302），各承载孔（302）外圆包裹一层纤维毯（303）。

3.如权利要求2所述的一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，气体分散器呈锥形尖头结构。

4.如权利要求3所述的一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，纤维毯（303）为碳酸盐纤维毯。

5.如权利要求1所述的一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，温度传感器包括进气温度传感器（204）和出气温度传感器（203），分别连接在专用老化装置前侧下端和后侧上端；

压力传感器包括进气压力传感器（202）和出气压力传感器（205），分别连接在专用老化装置前侧上端和后侧下端，并相应的与进气温度传感器和出气温度传感器竖直位置对应。

6.如权利要求1中所述的一种高通量尾气催化剂小样老化系统，其特征在于，出气管路包括排气管路（401）和气体分析管路（402），气体分析管路连接气体分析仪（206）。