汽油机催化器台架快速老化分析

汽油机催化器台架快速老化分析

周聪

安徽江淮汽车集团股份有限公司   安徽合肥   230601

摘要：随着轻型车排放管理不断规范，相关法规对整车耐久性进行了规定，由于受到台架快速老化的影响，所以要在短时间内进行耐久性试验。为了能够提升催化器台架性能，应当对快速老化问题进行分析，从而有效地解决这些问题。

关键词：汽油机；催化器台架；快速老化；分析

随着国家对环境保护的重视，所以加大了污染防治力度，而且人们也逐渐地意识到汽车对环境的影响，因此加强了对汽车等移动污染源的控制。其中柴油车污染物排放量超过了汽车的排放总量，而汽油车的排放量超过汽车，所以应当引入足够重视了。目前，全球汽车的排放标准主要以欧洲体系、美国体系、日本体系为主，其中欧美体系被世界各国广泛采纳了。我国的轻型汽油车排放法规，一直都是沿用欧洲排放标准的，并在2005年时引入整车了耐久性试验。在经过了一段时间的发展，可以在底盘测功机上或者是试验跑道上进行16万公里和20万公里耐久性试验，而且具有很好的实验效果。在实际操作过程中基于催化转化器热老化原理，可以有效地调节空燃比，进而提高催化器温度，从而有效地缩短了老化试验时间，这也是台架快速老化的主要方法。2008年欧盟通过了相关技术标准，其中规定了标准台架循环，同时还允许使用快速老化方法。这种方法与标准台架循环相比，在老化时催化器的温度会更高，也可以更快地完成热老化，所以目前被广泛地应用到实际操作中。

1台架快速老化原理和适用范围分析

1.1老化原理

台架快速老化法主要是通过催化器和氧传感器进行急速热老化，从而再现了车辆行驶需求的耐久公里数以后，实际的处理和排放状态。目前的台架是通过补气、断油这两种方法来实现催化器温度高于正常行驶温度，运行这类循环可以实现台架的快速老化。一个60s循环在要求时间内，并且在老化台架上按照要求重复循环，这样才能实际完成老化试验。通过控制催化剂温度和发动机空气/燃料比，以及二次添加催化剂前，应当根据二次空气喷射量来规定循环情况。快速老化系统主要是由发动机和快速老化控制系统，以及空燃比仪和二次压缩空气控制装置，还有排气测量流量计和气动排气背压调节阀等几个部分组成。其中快速老化系统和台架控制软件系统是通过计算机集成，然后按照工况编程来实际控制二次空气喷射，同时严格地控制喷射时间和喷射量，之后使用外接宽氧传感器来监控喷射后过量空气系数情况。

1.2适用范围

在进行认证试验过程中，快速老化方式比较适用于点燃式发动机，其中还包括了使用催化转化器，将其作为后处理排放控制装置，使用到混合动力汽车上。要想进行整车耐久性试验，应当注意车型相比问题，试验车辆如果只是污染控制装置变化超出了规定标准，这种情况不能作为基础车型使用。认证期间使用的标准台架循环，应当经过环境保护部门认可，在这样的情况下才可以替代其他循环进行耐久性试验。

2试验流程分析

将整车试验和转毂上耐久试验相比，使用台架快速老化方式进行耐久，催化器热负荷会更高，但是催化器老化时间却更短。在催化器最高温度处安装温度传感器，可以快速地收集车辆2次标准道路循环情况，以及20分钟内台架循环数据，并以此来计算台架的老化时间。在实际操作过程中，以台架实际老化时间和达到老化效果作为判断依据，主要有以下几个试验步骤。

2.1确定基准温度

温度数据整体要符合循环设定基本要求，确保温度在可以接受的范围内波动。定义基准温度时，应当考虑台架老化期间的不同温度，以及产生老化恒定温度。统计台架的耐久频段内温度，还有占时间总和基准温度，可以使用阿累尼乌斯方程式计算。该基准温度和试验数据放在一起，用于整车耐久公里数和台架耐久小时数转换。

2.2台架老化时间计算

要想准确地计算台架老化时间，应当使用方程式进行计算，根据基准温度和两个循环内温度情况，以及等效老化时间的累加，之后乘以该段时间校正的正常寿命和时间系数，就可以计算出实际老化时间。在实际操作过程中，应当根据热老化机理和基准温度进行分析，如果温度越高，那么台架老化时间就会越少。当标准台架循环和标准道路循环温度分组步长越小时，台架老化时间的计算结果就会越准确。从而整体上看，在法规要求标准台架循环和标准道路循环温度分组步长分别在25℃、10℃温度范围以内变化时，步长对台架老化时间的影响在±1%内，这种情况属于可以接受的范围。

3台架快速老化试验情况分析

实验过程中可以选定某车型，并在整车耐久转毂上连续运行，以两个标准道路循环为例，然后进行相关计算，从而得出该车的车速和催化器温度情况，并将其制作成曲线。经过相关数据处理以后，可以得到两个循环时间，一般是1.187h，里程是89.044km。按照相关的法规规定，应当对标准道路循环的试验温度，以及25℃步长情况进行分组统计，这样就可以得到实验结果，并且以20万公里作为全寿命耐久里程数来折算标准台架循环试验时间，这个时间一般是659.7h，将其与转毂耐久预计2666.0h时间相比，试验周期缩短了四分之三。在进行快速老化的过程中，由于发动机处于长期高负荷、高转速状态下运行，所以会对发动机和排气管路产生重要影响，同时还会影响各种传感器的实验寿命，因此需要对这些情况给予充分重视。当使用一段时间以后要对发动机进行保护，也要对系统进行定期维护保养，这样才能确保发动机的使用性能。一般情况下要求每200小时，就要更换发动机机油和冷却液，同时也要更好温度传感器和氧传感器。通过两次试验，可以收集催化器的最高温度，以及相关的温度数据，从而得出各温度频段内的对应时间，然后就可以得出试验车型20万公里耐久台架的快速老化时间。按照目前国内轻型车排放法规的规定，台架快速老化在实际使用中虽然具有一定局限性，但是影响力正在不断扩大，并逐渐地被广泛使用和认可。

结束语：

随着人们生活水平的不断提高，汽车的使用量不断增加，因此国家加强了轻型车排放管理，并规定了整车耐久性要求,同时应用了汽油机催化器在发动机上进行台架老化实验，这种方法的使用在一定程度上解决了实际问题，同时也促进了相关技术发展。

参考文献：

[1]李薛,曾志新,张凯,骆洪燕.带汽油机颗粒捕集器的后处理系统台架快速老化研究[J].内燃机工程,2021,04:88-94.

[2]刘胜.润滑油灰分对催化型汽油机颗粒捕集器性能影响的试验研究[D].江苏大学,2021,01:61-63.

[3]郑健,李忠照,管斌,文灿华,李友平.机动车后处理系统快速老化技术研究[J].柴油机,2021,03:15-20.