催化劑快速老化與實(shí)車?yán)匣瘜Ρ确治鲅芯?/h1>
2019-08-16 08:44:50李艷光李薛
時(shí)代汽車 2019年11期
李艷光 李薛
奇瑞汽車股份有限公司 安徽省蕪湖市 241009
1 引言
目前整車排放標(biāo)定過程中，考慮到項(xiàng)目成本和周期因素，大部分情況下都是使用臺架快速老化催化劑代替實(shí)車耐久老化催化劑來進(jìn)行整車的老化排放標(biāo)定。這樣一來，臺架快速老化催化劑與實(shí)車耐久老化催化劑的符合性將直接決定排放標(biāo)定的效果，從而影響到實(shí)車耐久后的排放性能。本文就兩款國五整車項(xiàng)目開發(fā)過程中使用的臺架快速老化催化劑與實(shí)車經(jīng)過十六萬排放耐久后的催化劑進(jìn)行了對比分析研究。
2 車輛及催化劑信息
2.1 車輛信息
選取了兩款國五排放標(biāo)準(zhǔn)的車型，文中分別稱之為車型A和車型B。兩款車的基本信息如表1所示。
2.2 催化劑信息
車型A和車型B國五排放標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的整車后處理系統(tǒng)均為兩級三效催化轉(zhuǎn)化器形式。車型A的前級催化轉(zhuǎn)化器與排氣歧管耦合，后級催化轉(zhuǎn)化器布置在底盤下；車型B的前級催化轉(zhuǎn)化器與增壓器連接，后級催化轉(zhuǎn)化器同樣布置在底盤下。催化劑相關(guān)的信息如表2所示。
表1 車輛基本信息
表2 催化劑信息
3 臺架快速老化與實(shí)車?yán)匣?/h2>3.1 臺架快速老化
本文研究的兩款車型催化劑的臺架快速老化件均參考通用汽車使用的GMAC875催化劑臺架快速老化循環(huán)進(jìn)行臺架快速老化[1]，催化劑臺架快速老化循環(huán)工況曲線如圖1所示。
臺架快速老化催化劑的制作運(yùn)行時(shí)間是按對應(yīng)整車在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行SRC循環(huán)中實(shí)測的催化劑溫度通過GB18352.5中介紹的臺架老化時(shí)間(BAT)方程[2]計(jì)算得到的。
車型A和車型B在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行SRC循環(huán)測試得到的溫度曲線如圖2所示。
圖1 臺架快速老化工況曲線
圖2 SRC循環(huán)溫度
兩個(gè)車型的測試溫度均為前級催化劑載體中心處的溫度。圖中顯示的溫度曲線僅為多個(gè)連續(xù)SRC循環(huán)中的一個(gè)循環(huán)的測試溫度。
按國標(biāo)GB18352.5中介紹的催化劑老化時(shí)間計(jì)算方式，將溫度以10℃為分組單元，BAT方程計(jì)算得到車型A和車型B的臺架等效熱老化[3-4]運(yùn)行時(shí)間分別為163h和135h。
3.2 實(shí)車耐久老化
兩款車型均在國家檢測中心底盤測功機(jī)上進(jìn)行了十六萬公里排放耐久試驗(yàn)。排放耐久運(yùn)行過程采用的是SRC循環(huán)工況，該循環(huán)較AMA循環(huán)而言平均車速高，總運(yùn)行時(shí)間短。十六萬排放耐久過程中車輛均按要求進(jìn)行正常保養(yǎng)，每一萬公里后按NEDC循環(huán)進(jìn)行整車常溫冷啟動排放試驗(yàn)。
4 結(jié)果分析
4.1 儲氧量（OSC）對比
催化劑臺架快速老化件和實(shí)車耐久件的儲氧量均通過INCA設(shè)備在整車上測得。OSC測試參考該兩款車型的標(biāo)定廠家聯(lián)合電子汽車有限公司的測試方法。計(jì)算采用的是振幅法，測試時(shí)車輛保持在5檔70km/h，過量空氣系數(shù)在0.95-1.05之間調(diào)整，使催化劑出現(xiàn)多次完整的儲放氧過程。
OSC計(jì)算公式為：
OSC=（Airmass*（Averageλ-1）*△t*0.23*1000）/3.5
式中：
Airmass——進(jìn)氣流量，單位kg/h；
△t——催化劑儲氧時(shí)間，單位s；
Averageλ——△t內(nèi)λ的平均值；
OSC——催化劑儲氧量，單位mg/pc。
由于兩款車型的前后氧傳感器均分別布置在前級催化劑載體的前后側(cè)，所以測試得到的催化劑儲氧量僅為前級催化劑的儲氧量。
臺架快速老化件和實(shí)車耐久件的儲氧量測試結(jié)果如圖3所示。圖中結(jié)果均為同一條件下進(jìn)行的三組測試得到的OSC結(jié)果的平均值。
圖3 催化劑儲氧量
車型A和車型B實(shí)車耐久老化件的儲氧量分別只占到對應(yīng)車型的臺架快速老化件儲氧量的36%和41%。主要原因是運(yùn)用臺架快速老化方法制作老化件時(shí)發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)間比實(shí)車十六萬排放耐久試驗(yàn)過程中要短很多，從而催化劑受到燃油添加劑等成分毒化程度要小[5-9]。
4.2 排放結(jié)果對比
車型A和車型B用上述方法制作的臺架快速老化件進(jìn)行整車排放測試的結(jié)果和實(shí)車十六萬排放耐久后排放測試結(jié)果分別如圖4和圖5所示。
圖4 車型A排放結(jié)果
圖5 車型B排放結(jié)果
圖中臺架快速老化件的排放結(jié)果均為將快速老化件安裝在整車上進(jìn)行的兩次排放測試結(jié)果的平均值；實(shí)車耐久排放結(jié)果為根據(jù)整車十六萬公里排放耐久試驗(yàn)中每一萬公里測試的排放結(jié)果通過最小二乘法擬合后插值求得的第十六萬公里的排放結(jié)果，這樣是為了排除單次排放測試的偶然性。
與整車耐久后排放測試結(jié)果相比，臺架快速老化件的排放結(jié)果中，THC、NMHC、和CO的排放值略高，但NOx排放值偏低。
車型A和車型B用上述的臺架快速老化件進(jìn)行整車排放測試結(jié)果相對于實(shí)車十六萬排放耐久后排放測試結(jié)果的偏差如圖6所示。
圖6 排放結(jié)果偏差
車型A和車型B的臺架快速老化件在整車上的排放值與實(shí)車耐久的排放值相比。THC、NMHC和CO三項(xiàng)污染物的偏差均在10-15%左右，符合性較好；NOx的偏差較大，為30%左右。NOx排放值偏差大的原因主要是催化劑臺架快速老化件與實(shí)車耐久件的OSC差異大導(dǎo)致的。目前整車排放的開發(fā)過程中，排放標(biāo)定的工程目標(biāo)中NOx的安全余量較大，所以NOx偏差在在可接受范圍。
5 結(jié)語
a.實(shí)車耐久老化后催化劑的儲氧量比臺架快速老化后催化劑的儲氧量低，大約只占到后者的40%左右；
b.臺架快速老化件排放和實(shí)車耐久后排放相比，尾氣排放中THC、NMHC和CO的排放水平基本相當(dāng)，差值在10%-15%左右，NOx排放值偏差稍大，在30%左右；
c.目前催化劑老化件主要以排放結(jié)果為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所以按GMAC875循環(huán)制作的臺架快速老化催化劑進(jìn)行老化排放標(biāo)定的操作是可接受的；
d.后續(xù)臺架快速老化件制作過程中需考慮通過其他輔助手段降低催化劑的OSC，使之與實(shí)車耐久的催化劑符合性更高。
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2.1 車輛信息
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2.2 催化劑信息
車型A和車型B國五排放標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的整車后處理系統(tǒng)均為兩級三效催化轉(zhuǎn)化器形式。車型A的前級催化轉(zhuǎn)化器與排氣歧管耦合，后級催化轉(zhuǎn)化器布置在底盤下；車型B的前級催化轉(zhuǎn)化器與增壓器連接，后級催化轉(zhuǎn)化器同樣布置在底盤下。催化劑相關(guān)的信息如表2所示。
表1 車輛基本信息
表2 催化劑信息
3 臺架快速老化與實(shí)車?yán)匣?/h2>3.1 臺架快速老化
本文研究的兩款車型催化劑的臺架快速老化件均參考通用汽車使用的GMAC875催化劑臺架快速老化循環(huán)進(jìn)行臺架快速老化[1]，催化劑臺架快速老化循環(huán)工況曲線如圖1所示。
臺架快速老化催化劑的制作運(yùn)行時(shí)間是按對應(yīng)整車在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行SRC循環(huán)中實(shí)測的催化劑溫度通過GB18352.5中介紹的臺架老化時(shí)間(BAT)方程[2]計(jì)算得到的。
車型A和車型B在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行SRC循環(huán)測試得到的溫度曲線如圖2所示。
圖1 臺架快速老化工況曲線
圖2 SRC循環(huán)溫度
兩個(gè)車型的測試溫度均為前級催化劑載體中心處的溫度。圖中顯示的溫度曲線僅為多個(gè)連續(xù)SRC循環(huán)中的一個(gè)循環(huán)的測試溫度。
按國標(biāo)GB18352.5中介紹的催化劑老化時(shí)間計(jì)算方式，將溫度以10℃為分組單元，BAT方程計(jì)算得到車型A和車型B的臺架等效熱老化[3-4]運(yùn)行時(shí)間分別為163h和135h。
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4 結(jié)果分析
4.1 儲氧量（OSC）對比
催化劑臺架快速老化件和實(shí)車耐久件的儲氧量均通過INCA設(shè)備在整車上測得。OSC測試參考該兩款車型的標(biāo)定廠家聯(lián)合電子汽車有限公司的測試方法。計(jì)算采用的是振幅法，測試時(shí)車輛保持在5檔70km/h，過量空氣系數(shù)在0.95-1.05之間調(diào)整，使催化劑出現(xiàn)多次完整的儲放氧過程。
OSC計(jì)算公式為：
OSC=（Airmass*（Averageλ-1）*△t*0.23*1000）/3.5
式中：
Airmass——進(jìn)氣流量，單位kg/h；
△t——催化劑儲氧時(shí)間，單位s；
Averageλ——△t內(nèi)λ的平均值；
OSC——催化劑儲氧量，單位mg/pc。
由于兩款車型的前后氧傳感器均分別布置在前級催化劑載體的前后側(cè)，所以測試得到的催化劑儲氧量僅為前級催化劑的儲氧量。
臺架快速老化件和實(shí)車耐久件的儲氧量測試結(jié)果如圖3所示。圖中結(jié)果均為同一條件下進(jìn)行的三組測試得到的OSC結(jié)果的平均值。
圖3 催化劑儲氧量
車型A和車型B實(shí)車耐久老化件的儲氧量分別只占到對應(yīng)車型的臺架快速老化件儲氧量的36%和41%。主要原因是運(yùn)用臺架快速老化方法制作老化件時(shí)發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)間比實(shí)車十六萬排放耐久試驗(yàn)過程中要短很多，從而催化劑受到燃油添加劑等成分毒化程度要小[5-9]。
4.2 排放結(jié)果對比
車型A和車型B用上述方法制作的臺架快速老化件進(jìn)行整車排放測試的結(jié)果和實(shí)車十六萬排放耐久后排放測試結(jié)果分別如圖4和圖5所示。
圖4 車型A排放結(jié)果
圖5 車型B排放結(jié)果
圖中臺架快速老化件的排放結(jié)果均為將快速老化件安裝在整車上進(jìn)行的兩次排放測試結(jié)果的平均值；實(shí)車耐久排放結(jié)果為根據(jù)整車十六萬公里排放耐久試驗(yàn)中每一萬公里測試的排放結(jié)果通過最小二乘法擬合后插值求得的第十六萬公里的排放結(jié)果，這樣是為了排除單次排放測試的偶然性。
與整車耐久后排放測試結(jié)果相比，臺架快速老化件的排放結(jié)果中，THC、NMHC、和CO的排放值略高，但NOx排放值偏低。
車型A和車型B用上述的臺架快速老化件進(jìn)行整車排放測試結(jié)果相對于實(shí)車十六萬排放耐久后排放測試結(jié)果的偏差如圖6所示。
圖6 排放結(jié)果偏差
車型A和車型B的臺架快速老化件在整車上的排放值與實(shí)車耐久的排放值相比。THC、NMHC和CO三項(xiàng)污染物的偏差均在10-15%左右，符合性較好；NOx的偏差較大，為30%左右。NOx排放值偏差大的原因主要是催化劑臺架快速老化件與實(shí)車耐久件的OSC差異大導(dǎo)致的。目前整車排放的開發(fā)過程中，排放標(biāo)定的工程目標(biāo)中NOx的安全余量較大，所以NOx偏差在在可接受范圍。
5 結(jié)語
a.實(shí)車耐久老化后催化劑的儲氧量比臺架快速老化后催化劑的儲氧量低，大約只占到后者的40%左右；
b.臺架快速老化件排放和實(shí)車耐久后排放相比，尾氣排放中THC、NMHC和CO的排放水平基本相當(dāng)，差值在10%-15%左右，NOx排放值偏差稍大，在30%左右；
c.目前催化劑老化件主要以排放結(jié)果為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所以按GMAC875循環(huán)制作的臺架快速老化催化劑進(jìn)行老化排放標(biāo)定的操作是可接受的；
d.后續(xù)臺架快速老化件制作過程中需考慮通過其他輔助手段降低催化劑的OSC，使之與實(shí)車耐久的催化劑符合性更高。
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