成果報告書詳細
管理番号20090000000056
タイトル平成19年度-平成20年度成果報告書 革新的次世代低公害車総合技術開発 革新的後処理システムの研究開発
公開日2009/7/30
報告書年度2007 - 2008
委託先名学校法人早稲田大学
プロジェクト番号P04013
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約成果:1)尿素SCRシミュレーション 当項目の目的は、SCR触媒の浄化特性をエンジン実験及び触媒評価装置を用いた実験と計算の両面から解析し、適切な尿素水添加ロジック及び触媒層設計への指針を得ることである。本年度は、SCR触媒1次元モデルに関して、各化学反応のアレニウスパラメータを再整合してモデルの高精度化を図り、実機定常試験及び過渡試験におけるNOx浄化率及びNH3 slip濃度を高い精度で再現することが可能となった。本モデルを用いて、尿素噴射ロジックの開発を行い、触媒軸方向の中央近傍の点における被覆率に着目し、噴射を行うことでNOx浄化率を維持しつつ、NH3slipを低減できることが示唆された。また、Zeolite系SCR触媒における詳細な表面素反応過程に伴う輸送現象を考慮した2次元熱流体コードの開発を引き続き行った。本モデルを用いてガスの拡散に大きな影響を及ぼすと考えられる触媒層内の結晶間の間隙であるマクロ孔に着目し、実際の触媒層の設計を考え、製法の改良によってマクロ孔の空隙率を変更した場合の解析を実施した。数値解析の結果、マクロ孔空隙率を増加させた場合、従来のものと比較して最大で5%ほどNOx浄化率の向上が可能であると示唆された。2)CR-DPFシミュレーション 当研究では、連続再生時におけるDPF内のSoot堆積量の正確な予測を可能とするSoot酸化量予測0次元モデルを開発した。今年度は、更なる精度向上のため、排気が低温となる場合に生成量が多いSOFに着目し、前年度と同様に多目的最適化ツールmodeFRONTIER(TM)により予測式の各パラメータを整合し、予測精度の向上を図った。結果として、実機定常試験及び過渡試験において広い温度域で高い精度を確保することが出来た。また、本年度は新たに準2次元CR-DPFモデルを作成した。モデルの各種パラメータを整合することで、実機試験におけるCSF前後の圧力損失を高い精度で再現可能とした本モデルを用いて、PM捕集期間及び強制再生期間におけるフィルター軸方向の各種状態量の解析を行った。解析結果より、PM捕集期間の初期ではフィルターの前半・後半部で入口流路と出口流路の圧力損失が大きく、PMは捕集初期段階では前半・後半部に主に堆積し、堆積が進行するにつれフィルター軸方向に均一に堆積していくことが分かった。また、強制再生期間においては、PMの酸化速度は堆積量に比例し、PMの堆積層であるケーキ層では、フィルター軸前半・後半部で酸化速度は大きく、また、DPF壁部内に堆積したPMに関しては、強制再生初期は均一に堆積しているため、酸化速度はフィルター軸方向に均一である酸化が進行するにつれ、新たに流入してくるPMがフィルター前半と後半部に偏って流入するため、強制再生期間の後半は、フィルター前半・後半部において酸化速度が高くなることがモデルより示唆された。
英文要約Title:Innovative Next Generation Eco-Friendly Vehicle Synthesis Technical Development. -Research and Development of an Innovative Aftertreatment System.- -Research and Development of Analytical Technique of Catalyst.- (FY2007-FY2008) Final report
Developments:1)Basic analysis of Urea-SCR zeolite catalyst reactions; Two kinds of numerical analyses on Urea-SCR system were conducted in this study. The one is the 1-D reaction model of the SCR catalyst, which is practical tool to investigate the optimized injection logic of urea solution during transient conditions. Some Arrhenius parameters were experimentally determined by the results of mini-reactor tests. Newly developed urea injection logic, considering NH3 coverage fraction around the center of the catalyst, could adequately reduce NH3 slip without the degradation of NOx conversion. The other analysis is the 2-D reaction model, accounting for the detailed surface reactions and the diffusion in the catalyst layer, to explore the optimized design of catalyst layer. This model considers the effect of macro pores geometries on diffusion to be applied to investigate the effect of the void fraction on NOx conversion. According to the numerical results changing the void fraction of macro pores as a parameter, it is achieved 5% improvement of NOx conversion compared to the conventional catalyst by increasing the void fraction of macro pores.2)Basic analysis of soot oxidation reaction; Two kinds of numerical analyses on CR-DPF system were conducted in this section. The one is the 0-D model, which can predict the amount of soot loading in the filter in good accuracy by considering the effect of continuous regeneration with low CPU cost. The effect of SOF under low temperature conditions was newly considered, and the reaction parameters in the model were readjusted by multi-objective optimization tool modeFRONTIER(TM). As a result, the prediction accuracy of the model was sufficiently improved under five transient conditions, and the accuracy of this model became better than that of map prediction. The other analysis is the quasi 2-D CR-DPF model, which is the tool for analyzing the pressure drop of the filter, the axial distribution of soot loading and DPF wall temperature. The numerical results indicated that the pressure difference between the inlet and outlet becomes larger at the front and at the rear of the filter than the other parts, so the large quantity of soot tends to accumulate the same parts in the beginning of soot loading. However, the results also indicated that further soot accumulation would make the soot loading uniform in the axial direction. And then, during the active regeneration period, soot oxidation rate was in proportion to the amount of soot loading. Therefore, at the beginning of active regeneration, soot oxidation rate has little difference inside of the DPF wall because soot accumulated uniformly in the axial direction. However, when filter regeneration proceeded, the soot cake layer in the middle part became thin. Thus, soot oxidation rate is faster at the front and at the rear of the filter at the end of active regeneration period, because the large quantity of soot accumulates at these areas.
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