汽车尾气催化器评价试验和匹配优化技术

项目简介

　　“汽车尾气催化器评价试验和匹配优化技术”项目由清华大学汽车安全与节能国家重点实验室承担完成。三效催化器（TWC）是汽车排气污染控制的主要技术之一，可使汽油车排气中的CO、HC和NOx同时降低95%以上。清华大学从90年代后期开始在国内率先开展催化器评价试验技术的研究，继而又拓宽至TWC与电控汽油机的匹配优化技术、以及TWC中的流动传热传质过程。研究工作先后获得了北京市科委、科技部“清洁汽车”计划、自然科学基金等立项支持。所取得的主要成果如下：

　　1.设计建立了国内台车用催化器活性和快速老化评价试验台，拥有完全自主知识产权；提出的三效催化剂评价试验方法先后被我国个环保行业汽车催化器试验标准以及个汽车催化器国家标准采用。

    2.利用建立的车用催化器评价试验方法和试验技术服务于我国汽车排放治理和国产催化器产业发展，累计完成了70余个单位100余次催化器评价试验，淘汰了一大批性能伪劣催化器，为政府执法提供了依据，并为国产催化剂产业节省试验费用9900万元以上。试验台设计建设技术已在全国得到推广应用，目前国内所有汽车催化器活性评价实验台都有我们的技术。

    3.在国内开展了催化器与电控汽油机和整车匹配技术的研究工作，重点研究了依据TWC的评价试验结果精确确定空燃比控制中值、控制策略优化、冷启动排放特性及其对策、用模拟计算优化TWC与进排气动态特性的匹配等关键技术，在此基础上与东风汽车公司合作，先后自主开发完成了EQ491发动机排放达国Ⅰ和国Ⅲ标准的研发，升级换代后的发动机已累计生产100,000台，创产值10.7亿元和利税1.8亿元。

    4.自然科学基金项目的支持下，率先在国内开展了催化器的流动、传热传质和化学反应的模拟计算和试验研究，进行了催化器内部非稳态流场和温度场的数值模拟和测试研究。

    5.发表相关研究论文40余篇，出版专著《汽车排气污染治理与催化转化器》获得国家化工局图书二等奖，作了20余次专题讲座，丰富了我国的汽车催化器理论。

项目背景

    三效催化转化器（TWC）是汽车排气污染控制的主要技术之一，可使汽油车排气中的CO、HC和NOx同时降低90%以上，而且在未来相当长的时期内都将是汽油车满足严格排放法规的必不可少技术。

    我国在1990年代后期开始酝酿实施中国阶段排放法规（简称国Ⅰ，相当于欧Ⅰ），其主要技术是三效催化转化器和电控汽油喷射。但当时国内汽车界对三效催化器等排气后处理技术几乎不了解，缺乏相应关键应用技术，主要表现为：

    （1）缺乏汽车催化器的评价试验技术和标准。因此，国家无法对大量涌入市场的催化器进行严格检测和有效管理；汽车企业无法鉴别国产催化器的优劣，因而不敢使用；而国产催化器企业也不理解和不明确汽车对催化器的要求，自身发展受困；国外虽有先进和成熟的催化器评价试验技术，但对我们保密。

    （2）缺乏对催化器与电控发动机以及整车匹配标定基本知识和关键技术的了解，因此国Ⅰ排放达标的催化器匹配标定工作基本都是靠外国公司，我们无法掌握开发低排放汽车的关键技术。

    （3）车用催化器设计和优化的基础离不开对催化器内部流动、传热和传质现象等基础理论的深入研究，这方面国外已开展了大量研究，而国内几乎是空白。

项目创新点

    （1）经多轮自主研究开发所建成的催化器活性和快速老化评价试验台，填补了国内空白，其主要技术性能指标与国外进同类试验台相当。其中空－空冷却连续控温装置只有Degussa等1～2家公司具备，用孔板流量计控制空速的方案，比国外的控制精度和试验自由度提高。

    （2）所提出的评价试验方法被行业标准和国家标准采用；所研制开发的催化器评价试验台在全国得到推广应用，提高了国产催化器企业自主开发能力，促进了我国汽车催化器试验技术的进步。

    （3）围绕催化器匹配技术开展的一系列研究，对于我国汽车工业掌握低排放汽车开发的核心技术、打破国外技术垄断积累了经验，在此基础上完成的东风公司EQ491发动机满足国Ⅰ和国Ⅲ排放法规的研发工作，均为国内首次完全自主开发意义上的汽油车排放达标。

    （4）在国内开展了催化器内部流动传热传质的研究，建立了可耦合流动、传热和传质的多维数值计算模型；在国际上次开展了催化器内部非稳态温度场详细测试分析、以及用粒子示踪法PIV对内部流场的模拟试验。

    （5）发表相关研究论文40余篇，出版专著《汽车排气污染治理与催化转化器》，作了20余次专题讲座，丰富了我国的汽车催化器应用技术和理论。

社会经济效益

    （1）所提出的汽车催化器试验方法被国家标准及环保行业标准采用，评价试验台成为国家环保总局认定的催化器检测单位，从北京市1998年在国内推广应用汽车催化器至今，进行了100余次的委托试验，在协助政府规范汽车催化器管理中发挥了不可替代作用。

    （2）自主开发的催化器评价试验台得到推广应用，国内现有全部6套试验台都有我们的技术，据其中3家催化器公司的估算，可节省试验台建设费4900万元人民币，节省催化器外送检测费5000万元。

    （3）在催化器匹配关键技术研究基础上，完成了东风公司EQ491发动机满足国Ⅰ和国Ⅲ排放法规的研发工作，已累计生产10万台、完成10.7亿元人民币的产值和1.8亿元的利税（这项可以作为间接经济效益）。

    （4）培养了博士后2人，工学硕士8人；为企业培养工程硕士2人，并且已分别成为东风商用车公司常务付总经理和发动机厂产品开发部长；通过合作研究为企业培养了一批技术骨干。

    （5）发表研究论文40余篇，出版专著《汽车排气污染治理与催化转化器》，作了20余次专题讲座，丰富了我国的汽车催化器应用技术和理论。

项目承担单位简介

    汽车安全与节能国家重点实验室依托清华大学，是国家计委利用世行贷款建设的七十五个国家重点实验室之一。1989年经国家计委批准立项，1993年基建工程竣工，1995年11月通过国家验收并正式运行和对外开放。1998年、2003年先后顺利通过了由教育部、科技部组织的国家重点实验室评估。

    汽车安全与节能国家重点实验室始终围绕汽车安全、节能、环保三大主题，瞄准国际前沿、国家目标，定位于汽车工业共性关键基础技术、汽车工程交叉学科基础理论、汽车领域宏观发展基本问题，致力于绿色化、智能化的生态汽车的研究与发展。自开放十年以来，逐步形成了自己的优势领域和研究特色，主要包括：汽车主动与被动安全性（碰撞安全性、制动安全性、主动避撞与智能交通），新能源汽车（纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车以及代用燃料汽车），汽车环保技术（汽车排气污染控制、汽车噪声控制、汽车绿色设计与制造）。

项目承担单位：

　　清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

　　地址：北京海淀区清华大学汽车系

　　邮编：100084

　　电话：62785708

　　E-mail：pxl@tsinghua.edu.cn

　　网址:www.car.tsinghua.edu.cn

项目提供单位：

　　北京市科学技术奖励工作办公室

　　地址：西直门大街16号（市科委院内北楼104间）

　　邮编：100035

　　联系电话：66186832、66188227