بررسي عملكرد واكنشگر شيميايي سه منظوره در يك موتور 1.7 ليتري پرخوران در حالت استفاده از سوخت تركيبي گاز طبيعي و بنزين

Investigation of Three-Way Catalytic Converters of a 1.7L Turbocharged Bi-Fuel Engine Using CNG and Gasoline Fuels

در اين مقاله عملكرد يك موتور اشتعال جرقه اي پرخوران كه در آن از تركيب سوخت هاي گاز و بنزين استفاده شده و عملكرد واكنشگر شيميايي سه منظوره در آن بمنظور بررسي ميزان انتشار آلاينده ها و دست يابي به بهترين راندمان تبديل بررسي شده است. استفاده از سوخت گاز طبيعي به عنوان يكي از سوختهاي جايگزين با داشتن عدد اكتان زياد بهمراه سوخت بنزين سبب كاهش آلاينده‌ها و ايجاد تنوع در منابع سوخت مصرفي خودروها شده و بعنوان يك ايده جديد مورد توجه خودروسازان دنيا واقع شده است. با توجه به اينكه پاشش گاز موجب كاهش بازده تنفسي مي‌شود و بر روي بيشينه‌ي گشتاور تاثير مي‌گذارد، استفاده از موتورهاي اشتعال جرقه‌اي مجهز به سامانه پرخوران، مورد توجه طراحان موتور مي‌باشد. مصرف سوخت كمتر، توان و بازده زيادتر نسبت به موتورهاي تنفس طبيعي با حجم يكسان، از مزاياي يك موتور پرخوران است. انجام آزمون موتوري نشان مي دهد در حدود نسبت اختلاط جرمي 30 درصد دو سوخت در دور rpm 3000، مصرف سوخت و پايداري احتراق در شرايط بهينه اي قرار مي گيرد ضمن آنكه بيشينه توان موتور نيز در اين نسبت اختلاط حاصل مي شود.. استفاده از واكنشگرهاي شيميايي سه منظوره يكي از موثرترين روشهاي كنترل آلايندگي براي موتورهاي اشتعال جرقه اي (SI) مي باشد. بازده تبديل گازهاي آلاينده خروجي HC، CO و NOx بعنوان اصلي ترين موضوع در بررسي عملكرد و كارايي واكنشگر مي باشد كه در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد در دماي محيط واكنشگر در حدود ثانيه 50 به حداكثر دمايي خود مي رسد و پس از آن در حد ثابتي باقي مي ماند كه در اين حالت آلاينده هاي NOx و CO پس از گذران زمان گرمايش و راه اندازي واكنشگر نرخ تبديل آلايندگي شروع شده و با نرخ زياد به بازده تبديل 95% مي رسد. شروع واكنش براي آلاينده HC با سوخت گاز CNG ديرتر صورت مي پذيرد و در واقع واكنشگر به دماي بالاتري براي شروع واكنش نياز دارد.

The paper reports the studies on how the three-way catalytic converters behave under full load condition of a 1.7L turbocharged engine with the mixed CNG and Gasoline fuels. The main focus of the work is the pollution reduction of the three-way catalyst. Results show that the amount of pollution is dependent on how much percent CNG is mixed in the exhaust. A numerical model was investigated with the Fire software to characterize the amount of the exhaust pollutants HC, Co and NOx. Achieving a minimum percentage of pollutant in front of the matrix surface of the catalytic converter is an important target in the development of an engine, due to thermodynamic, chemical and cost requirements. The flow distribution influences the catalyst’s conversion rate, as well as its resistance to ageing and the necessary precious metal loading. The main objective of this simulation is to help us understand how the catalyst works. The simulation interprets some of the phenomena observed in the experiments, also to shed lights on the mechanisms of catalytic actions. The simulation results the behavior of HC, CO and NOx at the output of catalyst.