催化器動力總成臺架老化與轉轂老化對比研究

0 前言

國六第二階段排放法規中定義了排放污染物控制裝置耐久性試驗里程不得低于20萬公里，且在整個耐久性試驗過程中，每一固定里程間隔都需進行I型(WLTC)排放試驗，試驗結果需滿足排放限值要求，同時還定義了生產一致性檢查，以及在用車的WLTC排放隨機抽查

。為滿足法規要求，需要使用耐久老化狀態的排氣系統進行排放標定數據開發。常用的老化方法有標準臺架循環(SBC)和標準道路循環(SRC)，SBC老化周期短但與實車老化結果的符合性較差

，SRC老化結果可靠性好，但周期長，成本高

，難以廣泛使用。

動力總成臺架是包含發動機、變速箱、傳動軸、測功機、排放測量系統等部件的一整套臺架模擬整車運行的測試系統，通過測功機可以模擬車輪端的道路阻力加載，臺架控制油門可以實現與整車相同的駕駛，是最接近整車運行環境的動力總成試驗臺。它的油門、車速完全由程序控制，可實現對設定道路曲線的自動跟隨駕駛，也可以長時間連續運行。同時，臺架試驗艙的環境溫度可控，方便進行多環境溫度下的WLTC排放試驗。因此，動力總成臺架被認為是非常適合進行排氣系統老化試驗的。

24 Advantages and significance of a three-level prevention and treatment system for chronic kidney disease in Shanghai

本文基于國六b整車開發項目，分別采用動力總成臺架老化和整車轉轂老化的方法來完成兩套排氣系統20萬公里等效耐久老化試驗，通過對比耐久過程中的催化器儲氧量(OSC)大小及常溫WLTC排放試驗結果，來分析兩種方法老化程度的差異，并研究造成差異的原因，為后續老化排氣系統的制作提供參考依據。

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1 耐久試驗信息

1.1 測試車輛及排氣系統參數信息

用于整車轉轂耐久老化的車輛相關信息如表1所示。

用于動力總成臺架上的車輛動力總成與表1所示相同，兩種老化方法所用排氣系統也相同，如表2所示。

1.2 耐久試驗流程

整車轉轂可以直接通過輪端底盤測功機模擬實際道路行駛阻力，并通過滑行匹配可以計算車輛內阻，從而更精確地進行轉轂加載。動力總成臺架上沒有車輪，是通過測功機對半軸進行加載，傳動速比與實車存在差異，在行駛阻力參數的設定方面與整車轉轂也無法完全一致，且車輛內阻參與計算的方式也不同，導致最終對發動機飛輪端的實際加載可能存在細微差別，實現同樣車速需要發動機實際輸出的扭矩也有差異。如圖10所示，在低車速階段轉轂老化實際加載阻力與臺架老化實際加載阻力接近，車速在100千米/小時以上時，轉轂阻力略微高于臺架阻力，偏差逐漸增大。這些偏差對于要求使用特定阻力參數進行加載，同時需要按照特定車速曲線進行的耐久試驗而言，必然導致兩種耐久試驗方案下的發動機實際運行工況不完全相同，從而造成催化器溫度的差異。

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在耐久試驗過程中，發動機正常進行保養，其他邊界條件保持不變：如發動機控制器(ECU)的軟件數據、變速箱控制器(TCU)的軟件數據、汽油、道路阻力參數等。

1.3 整車轉轂耐久試驗方案

催化器溫度對催化器的老化具有決定性的作用，耐久過程中催化器溫度越高，持續時間越長，老化得越快

。如圖6所示，為整車轉轂耐久與動力總成臺架耐久試驗循環過程中催化器中心溫度的對比。由圖可知，單個耐久試驗循環中兩種老化方案的最高催化器中心溫度均接近于900℃，圖示光標2開始的循環后期兩者溫度大小基本接近，光標2之前的循環大部分時段，轉轂實車耐久方案的催化器溫度高于臺架耐久方案，圖示光標1處溫度相差60℃，光標2處相差24℃。

1.4 動力總成臺架耐久試驗方案

動力總成臺架耐久試驗是將整車的一套動力總成部件安裝至動力總成臺架上進行的耐久性試驗，它通過測功機模擬車輛行駛負載，通過臺架控制系統控制油門開度、剎車、換擋等，實現車輛自動跟隨與轉轂耐久試驗相同的耐久循環曲線。同時，它也可以直接在臺架上完成各里程點儲氧量的測量，及WLTC循環排放試驗。從臺架搭建成功，至最終耐久試驗結束，中間停機次數少。如圖2所示，為進行排氣系統耐久試驗的動力總成臺架主要構成。

本文根據輸電線路架空地線取電系統供電需求,設計了系統供電部分中的電源變換模塊,該模塊是實現電源變換的主要部分,并利用軟件仿真對電路進行優化分析,得到能夠滿足系統供電需求的電源變換模塊。

2 測試結果及對比

2.1 OSC測試結果對比

(2)油門踏板的控制

在動力總成臺架及整車轉轂上，油門踏板都是基于實際車速與目標車速的自動控制。其中動力總成臺架上為虛擬踏板的程序控制，基于實際車速與目標車速的差值反饋計算油門開度值；整車轉轂上采用機器人伸縮桿控制實際的油門踏板，設定踏板最大行程后可在行程范圍內，基于實際車速與目標車速的差值來控制油門踏板開度。

2.2 排放測試結果對比

耐久試驗結束后，在轉轂耐久車輛上分別使用兩個老化催化器進行常溫WLTC排放試驗。試驗在常規排放實驗室進行，試驗時保持其他邊界條件一致，僅對比不同老化催化器對排放物的影響，結果如圖5所示。由圖可知，使用動力總成臺架老化的催化器相比整車轉轂老化的催化器，CO低30%左右，其他排放物低20%以內。

危機誘因就是誘導、引發、滋生各種危機的因素和原因。在老子危機管理思想體系中，深刻剖析了危機誘因，主要有：違道、不知、奢泰、強爭等。

3 兩種老化方案差異分析

3.1 耐久試驗循環中催化器溫度差異

整車轉轂耐久試驗是在轉轂上進行的整車耐久性跑車試驗，它是通過底盤測功機設定轉轂阻力，通過設定風機隨車速控制來模擬實際道路行車的散熱環境，通過機器人控制油門踏板、剎車及換擋手柄使車輛自動跟隨設定的耐久循環車速曲線來實現的。到達特定里程節點后，需先進行儲氧量測量，再將車輛從轉轂拆下，進行保養，然后在排放試驗室進行排放，最后返回轉轂繼續耐久試驗。此外，整個試驗期間車輛的每次加油都需要停機進行。

結合圖4、圖5所展示的OSC及排放物結果的對比，可以確定整車轉轂老化催化器的老化程度較動力總成臺架老化催化器的略高，為使動力總成臺架老化的效果能更接近轉轂老化，需對比兩種方案的具體差異。

催化器中心溫度由來自發動機排氣門出口的排氣溫度，加上催化器內部的排氣化學反應熱，并減去排氣門至催化器中間管路壁面的散熱得到的，如圖7及圖8所示。由于臺架與整車的排氣系統散熱環境不同，使得圖8所示的溫度傳遞過程中，最主要的散熱即壁面傳熱溫度損失有明顯差異，導致即便是相同排氣門出口溫度的情況下，臺架相比整車上催化器中心溫度仍然要低。圖9所示即為臺架與整車耐久試驗循環過程中的排氣門與催化器之間溫度差值的對比，在溫度差值為正值(發動機加速)的區域，臺架上的溫度差值約高出整車80℃以上，這也說明臺架上的排氣傳熱損失是明顯高于整車的。

3.2 試驗臺控制差異

動力總成試驗臺架在試驗臺控制上相比整車轉轂存在以下兩個明顯的差異：

(1)行駛阻力參數設置

耐久試驗從全新的排氣系統開始，使用特定的行駛阻力加載及自定義的試驗循環，在每一特定里程點，進行儲氧量測量及常溫WLTC排放試驗，具體試驗流程如圖1所示。

在選定的里程節點，分別在各自的耐久試驗臺上，通過軟件工具對不同發動機負荷下的OSC進行測量。圖3展示了兩種老化方法在耐久試驗過程中的OSC變化趨勢。由圖可知，使用動力總成臺架老化法在各里程節點的OSC均高于整車轉轂老化的方法，且前10萬公里，臺架老化法的OSC下降相對更平緩。耐久至20萬公里時，臺架老化催化器的OSC相比轉轂老化催化器高出15%。

有研究表明，不同測試條件對OSC測量結果有影響

。為驗證動力總成臺架測量OSC的準確性，在20萬公里等效耐久試驗結束后，將臺架上的老化催化器拆換到轉轂車輛上進行OSC測量，測得的結果與轉轂原車老化催化器的結果對比如圖4所示。由圖可知，在同一輛車上測得的臺架老化催化器相比轉轂老化催化器OSC值略偏高，在50%及以下發動機負荷時偏高接近20%，70%及以上負荷時偏差在15%以內。此外，同一催化器在動力總成臺架上測量的OSC與整車轉轂測量的OSC結果基本一致，即臺架測量OSC也具備較好的準確性和可靠性。

由于不同的試驗臺控制系統存在差異，主要是基于車速差值計算的油門開度閉環調節(PID)量大小差異，導致按耐久試驗固定車速曲線進行的車速跟隨控制實際表現會有所不同

。如圖11所示，動力總成臺架上虛擬油門開度控制較為動態，整車轉轂上控制相對沉穩，在車速跟隨表現上，整車轉轂上的穩態跟隨效果更好，臺架上的動態跟隨更平滑。這兩種不同的油門開度表現，直接導致發動機運行工況點存在差異。在車速較高的穩態及動態加速運行區域，整車轉轂上的車速及油門開度相比臺架上要大，使得整車上初始排氣門出口排溫及排氣流量均高于臺架上的相應值，最終導致催化器中心溫度也相對較高。

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3.3 其他可能的差異因素

鑒于兩種耐久試驗方案運行周期都較長，期間的汽油油品、發動機保養、其他影響燃燒質量及排氣溫度的硬件故障如：噴油器、增壓器、火花塞、氧傳感器等，及發動機控制器中軟件數據的不同，都可能對不同方案下的耐久試驗結果有一定影響。本文所對比的兩個試驗方案及結果，在試驗過程中排除了這些可能的差異因素。

4 整體評估與展望

綜合前文的試驗結果，匯總耐久試驗的關鍵要素，對比如表3所示。

從表3中試驗過程相關的要素看，動力總成臺架試驗方案是明顯優于整車轉轂試驗方案的，尤其是試驗耗時這一項，對于新項目開發而言至關重要。耐久試驗結束時的OSC及排放物結果，兩種方案有所差異，雖然轉轂方案更苛刻，但臺架方案的結果老化程度也較高，具有實用價值。

基于對兩種耐久老化方案差異原因的分析，后續可以針對性地對這些試驗條件進行優化，使動力總成臺架模擬整車耐久試驗的符合性更高，實現對整車的替代，從而在項目時間控制、成本控制等方面創造價值。

更老一點的徽式宅子是有天井的，還有畫窗和閣樓。郭村這樣帶天井的老宅已不多了，也不再住人，空在那里，里面堆著些鄉間常見的物什：做茶葉的器具，耕田種地的器具。

5 結論

基于對發動機排氣系統的動力總成臺架耐久老化試驗方案與整車轉轂耐久老化試驗方案的過程及結果進行對比分析，得到以下結論：

沐浴過后，紫云穿上那套連衣裙，顯得格外動人。她把蔣浩德輕輕扶起，連聲說道：“都是我不好，不該把你放在地上。”

(1)動力總成臺架老化相比整車轉轂老化：催化器的OSC高15%左右，常溫WLTC排放結果CO低30%左右，其他排放物低20%以內。兩種試驗方案下的催化器老化程度比較接近，臺架老化方案具有實用價值；同時，臺架老化方案試驗時間、成本、試驗設備便利性、故障率方面更優，具有更好的經濟性。

(2)動力總成臺架老化的效果相比整車轉轂老化仍有差距，主要原因為兩種方案下的排氣系統散熱環境不同及不同控制臺對行駛阻力參數、油門開度大小的控制差異。對這些差異進行針對性地優化，使兩種方案的老化效果差距縮小是可期的，相關研究具有工程應用價值。

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