催化劑快速老化與實(shí)車?yán)匣瘜?duì)比分析研究

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(tái)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(tái)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(tái)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(duì)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(duì)應(yīng)的整車后處理系統(tǒng)均為兩級(jí)三效催化轉(zhuǎn)化器形式。車型A的前級(jí)催化轉(zhuǎn)化器與排氣歧管耦合，后級(jí)催化轉(zhuǎn)化器布置在底盤下；車型B的前級(jí)催化轉(zhuǎn)化器與增壓器連接，后級(jí)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(tái)架快速老化與實(shí)車?yán)匣?/h2>

3.1 臺(tái)架快速老化

本文研究的兩款車型催化劑的臺(tái)架快速老化件均參考通用汽車使用的GMAC875催化劑臺(tái)架快速老化循環(huán)進(jìn)行臺(tái)架快速老化[1]，催化劑臺(tái)架快速老化循環(huán)工況曲線如圖1所示。

臺(tái)架快速老化催化劑的制作運(yùn)行時(shí)間是按對(duì)應(yīng)整車在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行SRC循環(huán)中實(shí)測(cè)的催化劑溫度通過GB18352.5中介紹的臺(tái)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(cè)試得到的溫度曲線如圖2所示。

圖1 臺(tái)架快速老化工況曲線

圖2 SRC循環(huán)溫度

兩個(gè)車型的測(cè)試溫度均為前級(jí)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(cè)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(tái)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(cè)中心底盤測(cè)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(dòng)排放試驗(yàn)。

4 結(jié)果分析

4.1 儲(chǔ)氧量（OSC）對(duì)比

催化劑臺(tái)架快速老化件和實(shí)車耐久件的儲(chǔ)氧量均通過INCA設(shè)備在整車上測(cè)得。OSC測(cè)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(cè)試方法。計(jì)算采用的是振幅法，測(cè)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(chǔ)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(chǔ)氧時(shí)間，單位s；

Averageλ——△t內(nèi)λ的平均值；

OSC——催化劑儲(chǔ)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(jí)催化劑載體的前后側(cè)，所以測(cè)試得到的催化劑儲(chǔ)氧量?jī)H為前級(jí)催化劑的儲(chǔ)氧量。

臺(tái)架快速老化件和實(shí)車耐久件的儲(chǔ)氧量測(cè)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(cè)試得到的OSC結(jié)果的平均值。

圖3 催化劑儲(chǔ)氧量

車型A和車型B實(shí)車耐久老化件的儲(chǔ)氧量分別只占到對(duì)應(yīng)車型的臺(tái)架快速老化件儲(chǔ)氧量的36%和41%。主要原因是運(yùn)用臺(tái)架快速老化方法制作老化件時(shí)發(fā)動(dòng)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(duì)比

車型A和車型B用上述方法制作的臺(tái)架快速老化件進(jìn)行整車排放測(cè)試的結(jié)果和實(shí)車十六萬排放耐久后排放測(cè)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(tái)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(cè)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(cè)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(cè)試的偶然性。

與整車耐久后排放測(cè)試結(jié)果相比，臺(tái)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(tái)架快速老化件進(jìn)行整車排放測(cè)試結(jié)果相對(duì)于實(shí)車十六萬排放耐久后排放測(cè)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(tái)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(tái)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(chǔ)氧量比臺(tái)架快速老化后催化劑的儲(chǔ)氧量低，大約只占到后者的40%左右；

b.臺(tái)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所以按GMAC875循環(huán)制作的臺(tái)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(tái)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。