一种台架快速老化催化器的方法和装置

技术领域

本发明涉及车辆相关零部件测试装置和方法相关技术领域，具体涉及一种台架快速老化催化器的方法和装置。

背景技术

面对不断恶化的环境问题和日趋严格的排放法规，三元催化器凭借着对汽油机主要污染物具有较高的转化效率，已成为减少汽车污染物排放的重要举措。但三元催化器的性能会随着使用时间的增加而逐渐恶化，转化效率下降，使得汽车尾气排放增加。按照国家轻型汽油车排放法规对污染物控制装置耐久性的要求，规定整车试验方法在道路上或底盘测功机上运行20万公里来对污染物控制装置进行耐久性认证。整车试验方法运行时间长，成本较高，试验风险也较大。

通过研究发现，热老化是催化器转化效率下降的主要原因，通过应用热老化与催化器寿命关系的阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程，台架老化也可完成等同于整车在底盘测功机或者道路上耐久性试验所达到的同等老化。通过台架老化催化器，催化器的热负荷值更高，可以大幅缩老化时间。

发明专利内容

本发明提供了一种通过台架快速老化催化器的方法，目的是克隆制作等效于整车在底盘测功机或道路试验制作的老化催化器。老化催化器是发动机匹配标定过程中的一个重要工具，本发明制作的老化催化器可用于项目开发中的排放耐久标定和验证，老化催化器OBD诊断标定等。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种台架快速老化催化器的方法，其在台架上利用ECU控制发动机分缸空燃比，通过浓浠交替冲击使催化器在第一排温工况条件下老化至OSC数据(即催化器的储氧能力，通常表征为储氧量)和排放物转化效率数据均达到预设目标。

具体地，该方法包括如下步骤：

步骤S100：根据万有特性确定发动机不进入加浓保护区域时的基础最高排温工况；

步骤S200：启动发动机，调整发动机工况使其处于步骤S100所确定的基础最高排温工况；

步骤S300：通过ECU激活发动机的空燃比分缸控制，并设定空燃比浓浠分配系数，使得催化器中心温度处于第一排温工况条件，并在该第一排温工况下稳定运行执行催化器的老化过程；

步骤400：老化达到预设时间节点时开始获取OSC数据及排放物转化效率数据，直至当期OSC值和排放物转化率均达到预设目标完成老化。

进一步，所述第一排温工况条件中催化器中心温度T满足Tmax-10℃＜T＜Tmax，其中Tmax为催化器耐受极限温度。

进一步，所述空燃比浓浠分配系数取值范围为0.05～0.15。空燃比浓浠分配系数的设定是依据催化器耐受极限温度来定，同时还需要保证发动机能够稳定运转，不出现失火和抖动的情况。在满足不损坏发动机零部件并稳定运行的前提下，空燃比浓稀分配系数越高，发动机排温就越高，越接近耐受极限温度所需的老化时间就越短；以四缸机为例，激活空燃比分缸后会呈现出两缸浓两缸稀的情况：若分配系数设定为0.1，则其中两缸的过量空气系数为0.9，另外两缸的过量空气系数就为1.1，进而实现空燃比的浓稀交替变化。不同发动机的性能参数及标定不同，空燃比浓稀分配设定值也有所不同，需要依据发动机实际运行状态而定，本发明根据经验值设定为0.05～0.15，通常在此区间内可以高效优质地完成老化过程。

进一步，在步骤S400中，当期OSC值的生成方法包括连续采集多个OSC值，同时对OSC采集次数进行计数，计数达到预设计数阈值时，对当期计数的多个OSC值计算均值获得当期OSC值。

进一步，所述步骤S300具体包括如下步骤：

步骤S301-通过ECU激活发动机的空燃比分缸控制；

步骤S302-设定空燃比分配系数，保持发动机运行；

步骤S303-读取催化器中心温度T；

步骤S304-判断催化器中心温度T是否处于第一排温工况条件，如果判断结果为否则返回步骤S302，重新设定空燃比分配系数；如果判断结果为是，则以当前工况持续运行发动机进入到对催化器的老化过程。

进一步，所述步骤S400具体包括如下步骤：

步骤S401-判断发动机工况是否处于OSC计算窗口，如果判断结果为是则进入到步骤S402，如果判断结果为否则返回到步骤S304继续老化；此处，OSC计算窗口是由标定数据所定，当持续一段时间内满足一定的转速、负荷、挡位、排气流量等即可进入OSC计算窗口；

步骤S402-按照预设频率采集OSC值，同时对采集的OSC值数量进行计数，当计数达到预设的计数阈值时进入到步骤S403；

步骤S403-计算当期计数周期内多个OSC值的平均值作为当期OSC值，同时获取当期的尾气排放物转化效率；

步骤S404-根据步骤S403计算的当期OSC值和尾气排放物转化效率判断是是否达到老化终点；若判断结果为是，则结束老化；若判断结果为否则返回到步骤S402采集下一周期的OSC和尾气排放物转化效率计算。

本发明进一步提供一种台架快速老化催化器的装置，其包括控制器、发动机、传感器组件和排放分析仪，所述发动机搭载催化器，所述排放分析仪用于对经催化器过滤的尾气排放物进行监测并生成排放物转化率数据；所述控制器接入车辆ECU，所述ECU用于激活发动机空燃比分缸控制和对OSC数据的监测；所述控制器用于接收传感器组件传输的检测信号、ECU传输的OSC数据和排放分析仪传输的排放物转化效率数据，并指令ECU执行激活发动机分缸空燃比和调整发动机工况的动作；所述传感器组件包括催化器温度传感器、燃油温度传感器、进气压力传感器、缸压传感器和燃油压力传感器。

进一步，所述控制器具有数据采集模块、计算模块、判断模块、计数模块和输出控制模块：

数据采集模块-用于接收传感器组件传输的检测信号、ECU传输的OSC数据和排放分析仪传输的OSC数据和排放物转化效率数据；

计数模块-在进入OSC计算窗口时对OSC值的采集数目进行计数，当计数达到预设的计数阈值时触发计算模块计算当期OSC值；

计算模块-根据数据采集模块接收的OSC数据和计数模块的计数数量计算当期OSC值；

判断模块-根据计算模块计算得到的当期OSC值和数据采集模块采集到的排放物转化效率数据判断是否达到老化终点；

输出控制模块-用于向ECU输出指令调节发动机分缸空燃比和发动机运行工况。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过激活空燃比的分缸控制来实现空燃比浓稀交替变换，进而增加催化器热负荷，强化老化过程，缩短老化时间，老化时在设备上无需像现有技术一样加装额外的二次空气供给系统，因而可以减少试验成本，降低试验风险；

(2)本发明将OSC计算逻辑由一个驾驶循环内单次计算更改为连续计算，更准确的判定老化终点，老化过程精准可控。

附图说明

图1所示为本发明实施例1的方法老化过程的流程示意图；

图2所示为本发明实施例2的老化装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合对本发明所述的一种台架快速老化催化器的方法和装置的优选实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供一种台架快速老化催化器的方法，该方法在测试台架上以发动机作为催化器热老化的热源，利用车辆ECU激活发动机的空燃比分缸控制来完成对三元催化器的老化，具体地，包括如下步骤：

步骤S100：根据万有特性确定发动机不进入加浓保护区域时的基础最高排温工况；

步骤S200：启动发动机，调整发动机工况使其处于步骤S100所确定的基础最高排温工况；

步骤S300：通过ECU激活发动机的空燃比分缸控制，并设定空燃比浓浠分配系数，使得催化器中心温度处于第一排温工况条件，并在该第一排温工况下稳定运行执行催化器的老化过程；优选地，该步骤S300的执行过程如下：

步骤S301-通过ECU激活发动机的空燃比分缸控制；

步骤S302-设定空燃比分配系数，保持发动机运行；

步骤S303-读取催化器中心温度T；

步骤S304-判断催化器中心温度T是否满足Tmax-10℃＜T＜Tmax，如果判断结果为否则返回步骤S302，重新设定空燃比分配系数；如果判断结果为是，则以当前工况持续运行发动机进入到对催化器的老化过程，其中Tmax为催化器耐受极限温度；

步骤400：老化达到预设时间节点时开始获取OSC数据及排放物转化效率数据，直至当期OSC值和排放物转化率均达到预设目标完成老化，其中，当期OSC值的生成方法包括连续采集多个OSC值，同时对OSC采集次数进行计数，计数达到预设计数阈值(如20次)时，对当期计数的多个OSC值计算均值获得当期OSC值；优选地，该步骤S400的执行过程如下：

步骤S401-判断发动机工况是否处于OSC值计算窗口，如果判断结果为是则进入到步骤S402，如果判断结果为否则返回到步骤S304继续老化；

步骤S402-按照预设频率采集OSC值，同时对采集的OSC值数量进行计数，

当计数达到预设的计数阈值时进入到步骤S403；

步骤S403-计算当期计数周期内多个OSC值的平均值作为当期OSC值，同时获取当期的尾气排放物转化效率；

步骤S404-根据步骤S403计算的当期OSC值和尾气排放物转化效率判断是是否达到老化终点；若判断结果为是，则结束老化；若判断结果为否则返回到步骤S402采集下一周期的OSC和尾气排放物转化效率计算。

在优选的实施方式中，所述空燃比浓浠分配系数取值范围为0.05～0.15。

本实施例利用ECU控制发动机分缸空燃比，通过浓浠交替冲击使催化器在第一排温工况条件下老化至OSC(即储氧量)和排放物转化效率均达到预设目标，可以快速完成三元催化器的老化过程，且其控制过程经济且精准。

实施例2：

本实施例提供一种台架快速老化催化器的装置，其包括控制器、发动机系统、传感器组件和排放分析仪，在测试台架上连接发动机系统，并接入车辆ECU，所述发动机搭载三元催化器，三元催化器设置在发动机系统的排气歧管处；所述排放分析仪用于对经催化器过滤的尾气排放物进行监测并生成排放物转化率数据；所述控制器接入车辆ECU，所述ECU用于激活发动机空燃比分缸控制和并对OSC数据进行监测；所述控制器用于接收传感器组件传输的检测信号、ECU传输的OSC数据和排放分析仪传输的排放物转化效率数据，并指令ECU执行激活发动机分缸空燃比和调整发动机工况的动作；所述传感器组件包括催化器温度传感器、燃油温度传感器、进气压力传感器、缸压传感器和燃油压力传感器等涉及到发动机系统按要求运转所需传递的关于压力、温度、湿度等方面信号的传感器。

在优选的实施方式中，所述进气压力传感器包括大气压力传感器、空滤后压力传感器、中冷前压力传感器、中冷后压力传感器、进气管压力传感器和曲轴箱压力传感器；所述燃油温度传感器包括机油温度传感器、出水温度传感器、进气歧管温度传感器；更有选地，所述传感器组件还包括进气温度传感器、涡前温度传感器、涡前压力传感器、涡后温度传感器等。

在优选的实施方式中，所述控制器具有数据采集模块、计算模块、判断模块、计数模块和输出控制模块：数据采集模块-用于接收传感器组件传输的检测信号、ECU传输的OSC数据和排放分析仪传输的OSC数据和排放物转化效率数据；计数模块-在进入OSC计算窗口时对OSC值的采集数目进行计数，当计数达到预设的计数阈值时触发计算模块计算当期OSC值；计算模块-根据数据采集模块接收的OSC数据和计数模块的计数数量计算当期OSC值；判断模块-根据计算模块计算得到的当期OSC值和数据采集模块采集到的排放物转化效率数据判断是否达到老化终点；输出控制模块-用于向ECU输出指令激活发动机分缸空燃比和调节发动机运行工况。

在优选的实施方式中，所述判断模块具有第一判断单元、第二判断单元、第三判断单元和第四判断单元，其中，第一判断单元用于根据检测发动机运转工况的各传感器传输的信号判断发动机是否处在基础排温最高工况，若判断结果为是，则触发ECU激活空燃比分缸控制，若判断结果为否则触发控制器调整发动机工况；所述第二判断单元用于根据催化器温度传感器传输的催化器中心温度判断其催化器是否处于第一排温工况，若判断结果为否则触发ECU调整空燃比分配系数，若判断结果为是触发控制器指令发动机系统按照当前工况持续运行；所述第三判断单元用于根据各传感器传输的发动机系统运转信号判断是否处于OSC计算窗口，如果判断结果为是，则触发ECU获取当前工况下的OSC数据，如果判断结果为否则触发控制器指令发动机系统按照当前工况持续运行；所述第四判断单元用于根据计算模块计算的当期OSC值和排放分析仪传输的排放物转化效率判断是否达成老化目标，如果判断结果为是，则触发控制器确认达到老化终点并结束老化过程，如果判断结果为否则触发控制器控制发动机继续运行老化过程。

在优选的实施方式中，所述控制器内还设有计时模块，以便实现对老化过程中不同流程节点之间流转时间的测定。

在优选的实施方式中，所述控制器内还设有报警模块，当控制器接收到发动机各传感器传输的异常信号时，触发报警模块发出警报。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围；附图及实施例中所述尺寸与具体实物无关，不用于限定本发明的保护范围，实物尺寸可根据实际需要进行选择和变换。