催化劑快速老化與實車老化對比分析研究

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

目前整車排放標定過程中，考慮到項目成本和周期因素，大部分情況下都是使用臺架快速老化催化劑代替實車耐久老化催化劑來進行整車的老化排放標定。這樣一來，臺架快速老化催化劑與實車耐久老化催化劑的符合性將直接決定排放標定的效果，從而影響到實車耐久后的排放性能。本文就兩款國五整車項目開發過程中使用的臺架快速老化催化劑與實車經過十六萬排放耐久后的催化劑進行了對比分析研究。

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準的車型，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國五排放標準對應的整車后處理系統均為兩級三效催化轉化器形式。車型A的前級催化轉化器與排氣歧管耦合，后級催化轉化器布置在底盤下；車型B的前級催化轉化器與增壓器連接，后級催化轉化器同樣布置在底盤下。催化劑相關的信息如表2所示。

表1 車輛基本信息

表2 催化劑信息

3 臺架快速老化與實車老化

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進行臺架快速老化[1]，催化劑臺架快速老化循環工況曲線如圖1所示。

臺架快速老化催化劑的制作運行時間是按對應整車在轉鼓上運行SRC循環中實測的催化劑溫度通過GB18352.5中介紹的臺架老化時間(BAT)方程[2]計算得到的。

車型A和車型B在轉鼓上進行SRC循環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循環溫度

兩個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連續SRC循環中的一個循環的測試溫度。

按國標GB18352.5中介紹的催化劑老化時間計算方式，將溫度以10℃為分組單元，BAT方程計算得到車型A和車型B的臺架等效熱老化[3-4]運行時間分別為163h和135h。

3.2 實車耐久老化

兩款車型均在國家檢測中心底盤測功機上進行了十六萬公里排放耐久試驗。排放耐久運行過程采用的是SRC循環工況，該循環較AMA循環而言平均車速高，總運行時間短。十六萬排放耐久過程中車輛均按要求進行正常保養，每一萬公里后按NEDC循環進行整車常溫冷啟動排放試驗。

4 結果分析

4.1 儲氧量（OSC）對比

催化劑臺架快速老化件和實車耐久件的儲氧量均通過INCA設備在整車上測得。OSC測試參考該兩款車型的標定廠家聯合電子汽車有限公司的測試方法。計算采用的是振幅法，測試時車輛保持在5檔70km/h，過量空氣系數在0.95-1.05之間調整，使催化劑出現多次完整的儲放氧過程。

OSC計算公式為：

OSC=（Airmass*（Averageλ-1）*△t*0.23*1000）/3.5

式中：

Airmass——進氣流量，單位kg/h；

△t——催化劑儲氧時間，單位s；

Averageλ——△t內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，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車耐久件的儲氧量測試結果如圖3所示。圖中結果均為同一條件下進行的三組測試得到的OSC結果的平均值。

圖3 催化劑儲氧量

車型A和車型B實車耐久老化件的儲氧量分別只占到對應車型的臺架快速老化件儲氧量的36%和41%。主要原因是運用臺架快速老化方法制作老化件時發動機運行時間比實車十六萬排放耐久試驗過程中要短很多，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行整車排放測試的結果和實車十六萬排放耐久后排放測試結果分別如圖4和圖5所示。

圖4 車型A排放結果

圖5 車型B排放結果

圖中臺架快速老化件的排放結果均為將快速老化件安裝在整車上進行的兩次排放測試結果的平均值；實車耐久排放結果為根據整車十六萬公里排放耐久試驗中每一萬公里測試的排放結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果相比，臺架快速老化件的排放結果中，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行整車排放測試結果相對于實車十六萬排放耐久后排放測試結果的偏差如圖6所示。

圖6 排放結果偏差

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車耐久的排放值相比。THC、NMHC和CO三項污染物的偏差均在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車耐久件的OSC差異大導致的。目前整車排放的開發過程中，排放標定的工程目標中NOx的安全余量較大，所以NOx偏差在在可接受范圍。

5 結語

a.實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，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果為評價標準，所以按GMAC875循環制作的臺架快速老化催化劑進行老化排放標定的操作是可接受的；

d.后續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，使之與實車耐久的催化劑符合性更高。