بررسي تأثير چرخه‌هاي رانندگي بر فرسايش واكنشگر و آلايندگي خودروي احتراق داخلي

Investigating the Impact of Driving Cycle on 3-way Catalyst Degradation and Emission Characteristics of ICEV

فرسايش واكنشگر نقش مهمي بر آلايندگي توليد شده توسط خودروها در طي عمر خودرو ايفا مي كند. شناخت بهتر عوامل مؤثر بر فرسودگي واكنشگر و تعويض به موقع آن مي‌تواند تأثير شگرفي بر كاهش آلايندگي ناشي از خودروهاي احتراق داخلي و بهبود كيفيت هواي كلان‌شهرها داشته باشد. يكي از عوامل مهمي كه مي‌تواند بر عملكرد و عمر واكنشگر تأثيرگذار باشد، شرايط رانندگي يا همان چرخه رانندگي روزانه است. در اين مقاله اين تئوري مورد تحقيق و بررسي قرار مي‌گيرد كه فرسايش واكنشگر در چرخه‌هاي رانندگي مختلف رفتار متفاوتي داشته و از همين براي ميزان مسافت پيشنهادي توسط سازندگان واكنشگر براي تعيين حد فرسايش بايد مطابق با چرخه‌هاي رانندگي بومي باشد. به منظور بررسي اين ايده از شبيه سازي سينماتيكي خودرو به همراه واكنشگر سه‌راهه در چرخه رانندگي با نرم‌افزار GT-Suite استفاده مي‌شود. نرخ فرسايش متناسب با چرخه رانندگي مبنا يا همان NEDC محاسبه شده و براي استفاده از اين نرخ براي چرخه رانندگي ديگر از وابستگي مسافت معادل براي مقايسه چرخه رانندگي با چرخه مبنا از منظر كاهش عمر واكنشگر، استفاده ميشود. مقايسه واكنشگر در يك مسافت مشخص در دو حالت مشاهده پديده فرسايش و عدم مشاهده پديده فرسايش، ارزش موضوع فرسايش واكنشگر مشخص ميشود. اختلاف آلايندگي توليد شده وابسته به چرخه بين حالت تازه و فرسوده از 2 تا 5 برابر اختلاف وجود دارد. در چرخه‌هاي رانندگي كه از داده‌هاي رانندگي در تهران توسعه يافته‌اند، با تعويض به موقع واكنشگر در 74 هزار كيلومتر مسافت طي شده توسط خودرو، مقدار آلايندگي به يك پنجم حالت كلي ميرسد.

Internal Combustion Engine Vehicles or ICEVs play a major role in air pollution for big cities like Tehran. Catalyst converters manage to contain much of the generated pollution from combustion and are considered as a mandatory part of any vehicle. Manufacturer guidelines clarify a certain mileage for catalyst to be regarded as completely degraded and thus unable to contain harmful gasses from combustion. In this paper we test the theory that catalyst degradation is greatly affected by driving condition by using kinematic simulation of vehicle in different driving cycles. Catalyst degradation parameters are derived for the reference driving cycle (NEDC) and then developed accordingly for other driving conditions. The vehicle model with degradation sub-model is then utilized for investigating different scenarios of replacing old catalyst with a new one. Results clearly support the idea that driving cycles greatly affect the degradation age of 3-way catalysts and vehicle emissions are increased up to 5 times by using catalyst after its age limit. For Tehran driving cycle, 75K kilometers appears to be the aging limit. Authors conclude that local investigation of driving cycles is necessary for finding degradation limits and careful designation of parts replacement plans can help to massively increase air quality in large cities.