摘要
本文为EMISIA公司对摩托车三元催化器特性的研究；首先，针对TWC小样进行SGB试验测试，结合测试结果对GT-xCHEM模型的化学反应机理进行标定；并对装有三元催化器的发动机进行稳态和瞬态测试，进一步验证模型反应机理的标定；最后，利用标定好的模型，预测lambda值和质量流量值对催化器转化效率的影响。
研究背景
为防治摩托车污染物排放对环境的污染，摩托车需要满足相应的排放法规，其中也规定了耐久和OBD方面的要求，在摩托车发动机的三元催化器开发过程中，需要面对很多难题：
1.催化器容积、形状和流道的选择
2.涂层的选择和贵金属含量的确定
3.为了让催化器实现高的转化效率并满足诊断的要求，对空燃比控制策略进行优化
4.对催化器的性能老化和耐久进行评估
在模拟过程中，摩托车发动机的三元催化器和汽车发动机的三元催化器也存在很多不同：
本文的研究方法
前期对催化器小样进行SGB试验测试，可以识别反应路径和组分的相互作用，针对SGB试验数据进行化学反应机理的标定，保证模拟结果和测试结果一致。
然后对催化器小样进行真实的发动机排放尾气试验，可以揭示在真实的发动机排放环境下，催化器小样的物理化学特性。
进一步，对装有三元催化器部件的发动机进行稳态工况点的测试，验证模型的数据标定。
最后，对装有三元催化器部件的发动机进行瞬态驾驶循环工况测试，进一步验证模型的数据标定。
SGB试验
SGB试验可以人为地控制入口混合气的组成，实现针对一部分化学反应单独标定，并逐步完成所有化学反应的标定，SGB试验台架如图所示
仿真计算模型
GT-xCHEM是GT-SUITE软件在2023年推出的尾气后处理模块，主要功能是对发动机尾气后处理系统和化学系统进行模拟计算，催化器模型和反应机理如图所示
化学反应标定
示例：CO氧化反应
氧存储反应
Lambda值扫点验证
参数优化
利用GT-SUITE软件中自带的优化器，对化学反应动力学参数进行优化，先优化浓混合气时的化学反应，再优化稀混合气时的化学反应。
SGB试验和真实尾气环境下
模拟结果的对比
2D网格
利用2D网格，可以捕捉催化器径向的温度梯度，以及对催化效率的影响。
硫中毒的子模型
在催化器铈位点中先预存储了一定的硫，在浓混合气时，当温度大于450℃，存储的硫会释放，并使贵金属中毒，化学反应活性降低，最后导致CO逃逸量增加。
瞬态工况模型验证
结合发动机瞬态循环的测试结果，对仿真模型进行验证，温度和各组分的结果与测试结果一致性很好。
模型预测
利用标定好的模型，改变目标lambda值，预测对污染物转化效率的影响，并做发动机试验，对预测结果进行验证，精度很高。
利用标定好的模型，降低排气流量，预测对污染物转化效率的影响，并做发动机试验，对预测结果进行验证，精度很高。
文章来源
GT 2023 北美用户大会
Catalyst testing and modeling for 2-wheeler applications
Grigorios Koltsakis,Konstantinos Konstantinidis, Panagiota Alexiadou, Vasiliki Emmanouil
总结翻译
王鑫
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