Πειραματική και υπολογιστική διερεύνηση της επίπτωσης του θείου στη λειτουργία παγίδων ΝOx

Abstract

The objective of the doctoral thesis is the experimental and computational investigation of the sulfation and desulaftion phenomena taking place in lean NOx traps, employed in Diesel engines. The basic experimental study was performed on a synthetic gas bench facility and led to the development of a model able to describe and predict the operation of a lean NOx trap and the effect of Sulfur. More specifically, reaction mechanisms were proposed capable of predicting the behavior of the lean NOx trap under normal Diesel engine operation which is characterized by the competitive NOx and Sulfur storage, under rich mode for regenerating the lean NOx trap as well as under lean/rich cycling at high temperature in order to desulfate the lean NOx trap. The reaction mechanisms were coupled with a commercial software able to simulate a monolithic catalytic converter, resulting in the development of a complete lean NOx trap model. Finally, the lean NOx trap model was validated on a series of sulfation/desulfation and driving cycles tests, carried out on a Diesel engine test bench demonstrating the capability of the model towards practical applications.

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η πειραματική και υπολογιστική διερεύνηση των φαινομένων θείωσης και αποθείωσης σε παγίδες οξειδίων του Αζώτου (NOx) κινητήρων Diesel. Η βασική πειραματική μελέτη πραγματοποιήθηκε σε διάταξη συνθετικού καυσαερίου και οδήγησε στην ανάπτυξη ενός μοντέλου το οποίο μπορεί να περιγράψει και να προβλέψει τη λειτουργία της παγίδας NOx καθώς και την επίπτωση του Θείου. Ειδικότερα, προτείνονται μηχανισμοί αντιδράσεων οι οποίοι προβλέπουν τη συμπεριφορά της παγίδας ΝOx, υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα Diesel κατά τη διάρκεια της οποίας αποθηκεύονται ανταγωνιστικά τα οξείδια του Αζώτου και του Θείου, υπό πλούσιες συνθήκες μείγματος για την αναγέννηση της παγίδας NOx, καθώς και υπό συνθήκες κύκλων φτωχού/πλούσιου μείγματος σε υψηλή θερμοκρασία με στόχο την αποθείωση της παγίδας ΝΟx. Τα παραπάνω ενσωματώθηκαν σε ένα εμπορικό λογισμικό προσομοίωσης μονολιθικού καταλυτικού μετατροπέα, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου παγίδας ΝΟx. Τέλος, το μοντέλο πιστοποιήθηκε σε μια σειρά πειραμάτων θείωσης/αποθείωσης και κύκλων οδήγησης, τα οποία πραγματοποιήθηκαν σε πέδη κινητήρα Diesel αποδεικνύοντας την δυνατότητα χρήσης του μοντέλου σε πρακτικές εφαρμογές.