CN102419259A - 基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，包括：定义耐久相关参数；分别采集SRC温度数据和SBC温度数据；SRC温度数据是收集2个SRC循环的三元催化器温度，以每25度温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间，其中，温度传感器的采集频率为1次/秒。SBC温度数据是收集不少于20分钟的SBC循环的三元催化器温度，以每10℃温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间，温度传感器的采集频率为1次/秒。计算三元催化器老化时间，两部分：SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算和依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算。本发明能够精确地计算台架耐久替代整车耐久发动机台架运行所需要的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机台架三元催化器老化时间计算。特别是涉及一种轻型汽油车台架快速老化替代整车道路耐久老化结束临界时间判断的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法。
背景技术
发动机台架催化器老化试验是汽车型式认证之排放后处理装置耐久性试验的可选择方法的一种。催化器的老化试验是用来确保车辆在全寿命使用范围内催化器不失效和确保汽车排放不超标的一种试验方式。温度和时间是影响台架催化器热老化的主要因素。而老化时间的判断是实现台架老化等效整车老化的技术依据。
温度是影响三元催化器老化的主要因素，而发动机台架三元催化器老化替代整车道路耐久试验的理论基础也正是温度等效模拟。台架耐久催化器温度明显高于道路耐久催化器温度，要实现不同温度下等同道路耐久的老化效果，就要解决台架模拟整车耐久完成临界时间点的计算和判定。它是台架老化试验的技术依据。现有的台架老化试验替代整车道路耐久试验时间判定多靠经验估计，缺乏实际的数据支持，而发动机台架三元催化器老化耐久方式的实现，需要精确和严格的时间判定，因此需要一种能够把道路耐久催化器温度和时间对应转化到台架上老化试验是对应的温度和时间的计算方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以在发动机台架耐久模拟重现道路耐久催化器的老化程度，实现排气后处理装置发动机台架耐久老化替代整车道路耐久老化试验的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，具体包括如下三个步骤：
1)定义耐久相关参数；
2)分别采集SRC温度数据和SBC温度数据；
3)计算三元催化器老化时间；
所述的耐久相关参数包括：
Ti：温度频段(℃)
Tv：三元催化器温度频段的中间点温度(℃)
Th：按照全寿命经调整过的三元催化器温度频段内的时间(h)
Tr：台架老化循环中三元催化器标准有效温度(℃)，或者时间判定时的拟合温度
R：三元催化器温度反应系数，通常取经验值17500
A：热劣化以外的劣化调整系数取1.1
Te：拟合到标准有效温度(Tr)下等同效果的时间(h)
BAT方程式：Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))
SBC老化时间＝A×Total(Te)
所述的采集SRC温度数据是：收集2个SRC循环的三元催化器温度，以每25度温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间，其中，温度传感器的采集频率为1次/秒。
所述的采集SBC温度数据是：收集不少于20分钟的SBC循环的三元催化器温度，以每10℃温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间，温度传感器的采集频率为1次/秒。
所述的计算三元催化器老化时间，包括两部分：SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算和依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算。
所述的SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算具体如下：
Th＝任意Tv频度/3600；
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))其中，Tr初值设为SBC试验中催化器平均温度，计算出所有温度频段的Te，判断所有Th的和是否等于所有Te的和，如果不等，以一个小量值逐步增加或减小Tr，再计算Te，重复上面的步骤直到所有Th的和等于所有Te的和，那么该Tr就是所需要的催化器的标准有效温度。
所述的依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算具体如下：
Th＝任意Tv频度×全寿命耐久里程km/两循环工况里程km；
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))，其中Tr是根据SBC循环催化器温度迭代计算出的催化器标准有效温度；
SBC老化时间＝A×Total(Te)。
SBC所需的时间大于或者等于SRC计算时间的95％即认为台架试验完成，即TotalSBC(Te)＞＝95％×A×TotalSRC(Te)，其中，TotalSBC(Te)是SBC老化时间，TotalSRC(Te)是SRC老化时间。
本发明的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，把整车耐久温度和时间的域等效地转换到台架耐久下温度和时间的域，而台架耐久温度可以通过温度采集系统测量得到，因此可以计算出台架耐久替代整车耐久等同效果的临界时间。可以在发动机台架耐久模拟重现道路耐久催化器的老化程度，实现排气后处理装置发动机台架耐久老化替代整车道路耐久老化试验。能够精确地计算台架耐久替代整车耐久发动机台架运行所需要的时间，为实现台架耐久替代整车耐久奠定了理论基础。
附图说明
图1是Tr计算流程图；
图2是SBC老化时间计算流程图；
图3是标准道路循环工况(SRC)坐标图；
图4是标准台架循环工况(SBC)坐标图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的做出详细说明。
本发明正是根据台架和整车催化器的温度和时间的特定关系，计算台架催化器老化结束的临界时间。
能够精确地计算台架耐久替代整车耐久发动机台架运行所需要的时间，为实现台架耐久替代整车耐久奠定了理论基础。
本发明的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，具体包括如下三个步骤：
1)定义耐久相关参数；
所述的耐久相关参数包括：
Ti：温度频段(℃)
Tv：三元催化器温度频段的中间点温度(℃)
Th：按照全寿命经调整过的三元催化器温度频段内的时间(h)
Tr：台架老化循环中三元催化器标准有效温度(℃)，或者时间判定时的拟合温度
R：三元催化器温度反应系数，通常取经验值17500
A：热劣化以外的劣化调整系数取1.1
Te：拟合到标准有效温度(Tr)下等同效果的时间(h)
BAT方程式：Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))
SBC老化时间＝A×Total(Te)
2)分别采集SRC温度数据和SBC温度数据；
所述的采集SRC温度数据是：收集2个SRC循环的三元催化器温度，以每25度温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间(秒)，其中，温度传感器的采集频率为1次/秒。见表1。
表1 2次SRC循环三元催化器测试时间计算
所述的采集SBC温度数据是：收集不少于20分钟的SBC循环的三元催化器温度，以每10℃温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间(秒)，其中，温度传感器的采集频率为1次/秒。见表2。
表2 20分钟SBC循环三元催化器测试时间计算
3)计算三元催化器老化时间；
所述的计算三元催化器老化时间，包括两部分：SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算和依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算。
所述的SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算参考图1所示，根据步骤2所采集的SRC数据，具体如下：
Th＝任意Tv频度/3600；
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))其中，Tr初值设为SBC试验中催化器平均温度，计算出所有温度频段的Te，判断所有Th的和是否等于所有Te的和，如果不等，以一个小量值逐步增加或减小Tr，再计算Te，重复上面的步骤直到所有Th的和等于所有Te的和，那么该Tr就是所需要的催化器的标准有效温度。
所述的依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算参考图2所示，根据步骤2所采集的SBC数据，具体如下：
Th＝任意Tv频度×全寿命耐久里程km/两循环工况里程km；
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))，其中Tr是根据SBC循环催化器温度迭代计算出的催化器标准有效温度；
SBC老化时间＝A×Total(Te)。
SBC所需的时间大于或者等于SRC计算时间的95％即认为台架试验完成，即TotalSBC(Te)＞＝95％×A×TotalSRC(Te)，其中，TotalSBC(Te)是SBC老化时间，TotalSRC(Te)是SRC老化时间。
下面给出实例，采用欧5排放水平的车辆1台以及对应后处理装置1套；V8汽油发动机1台；整车耐久运行工况为SRC(standard road cycle)和台架耐久运行工况SBC(standardbench cycle)，这两个工况是在欧5/6排放法规中提出来的，分别见图3和图4。
1、催化器标准有效温度Tr的计算：
收集不少于20分钟的SBC循环的三元催化器温度，以每10度温度间隔为区间，统计区间测试次数(温度传感器的采集频率为1次/秒)或者时间(秒)，见表2。
以表2中温度区间870～880℃为例，在这个温度区间，其20分钟内：
Th＝40sec/3600＝0.011h
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-(R/(Tv+273))＝0.011h×1.973＝0.021h
Totel(Th)＝0.333h
此时，要对标准有效温度Tr反复修改，直到根据阿累尼乌斯方程式算出的老化时间和三元催化器温度图中所示的实际的时间相同为止，即要实现：Total(Te)＝Totel(Th)＝0.333h，初始用SBC平均温度带入方程式，然后进行微小温度调整，即可实现Total(Te)与Totel(Th)近似相等。此时求出的Tr即可用于计算台架老化最终的时间。
2、催化器台架老化时间的计算：
收集2个SRC循环的三元催化器温度，以每25度温度间隔为区间，统计区间测试次数(温度传感器的采集频率为1次/秒)或者时间(秒)，见表1。
以表1中温度区间800～825℃为例，在这个温度区间，其Time(1)为温度区间传感器记录的频次/时间(秒)，800-825出现的频次/时间为254秒。
Time(2)＝time(1)/3600＝254/3600＝0.071h
Tv＝(800+825)/2＝812.5degC；
Th＝time(2)*160000km/(42km*2)＝0.071h*160000km/84km＝134.39h；
Te＝Th*exp(R/Tr)-(R-Tv))＝134.39h*0.797＝107.10h
Totel(Te)＝sum(Te)＝1143.22h
SBC老化时间＝A×Total(Te)＝1.1×1143.22h＝1257.55h
其中Tr＝827.5℃，为上面所述计算过程最终得到的催化器标准有效温度。
在实际台架老化过程中，只要实际老化时间大于等于SRC计算的台架老化时间的95％，即认为台架耐久结束。
在图4中，实线表示空气/燃料比，虚线表示二次空气，60秒为一个循环，具体如下：
1.0～40sec：空然比为理论空燃比，催化器温度设定在800℃(800℃以上也可以)；
2.41～45sec：空然比为浓(此时不控制温度)；
3.46～55sec：催化器温度为890℃，二次空气喷射量3％(±1％)(此时温度为理论空燃比时+90℃)；
4.56～60sec：空然比恢复到理论空燃比，继续喷射二次空气(此时不控制温度)；
5.测量项目：催化器温度、A/F和空气量(采集频率1Hz以上，空气量设定在基准值±5g/sec以内)。
Claims (8)
1.一种基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于：具体包括如下三个步骤：
1)定义耐久相关参数；
2)分别采集SRC温度数据和SBC温度数据；
3)计算三元催化器老化时间；
2.根据权利要求1所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，所述的耐久相关参数包括：
Ti：温度频段(℃)
Tv：三元催化器温度频段的中间点温度(℃)
Th：按照全寿命经调整过的三元催化器温度频段内的时间(h)
Tr：台架老化循环中三元催化器标准有效温度(℃)，或者时间判定时的拟合温度
R：三元催化器温度反应系数，通常取经验值17500
A：热劣化以外的劣化调整系数取1.1
Te：拟合到标准有效温度(Tr)下等同效果的时间(h)
BAT方程式：Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))
SBC老化时间＝A×Total(Te)
3.根据权利要求1所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，所述的采集SRC温度数据是：收集2个SRC循环的三元催化器温度，以每25度温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间，其中，温度传感器的采集频率为1次/秒。
4.根据权利要求1所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，所述的采集SBC温度数据是：收集不少于20分钟的SBC循环的三元催化器温度，以每10℃温度间隔频度区间，统计区间测试次数或者时间，温度传感器的采集频率为1次/秒。
5.根据权利要求1所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，所述的计算三元催化器老化时间，包括两部分：SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算和依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算。
6.根据权利要求5所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，所述的SBC循环试验中催化器标准有效温度Tr的计算具体如下：
Th＝任意Tv频度/3600；
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))其中，Tr初值设为SBC试验中催化器平均温度，计算出所有温度频段的Te，判断所有Th的和是否等于所有Te的和，如果不等，以一个小量值逐步增加或减小Tr，再计算Te，重复上面的步骤直到所有Th的和等于所有Te的和，那么该Tr就是所需要的催化器的标准有效温度。
7.根据权利要求5所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，所述的依据SRC循环催化器温度数据的台架老化时间的计算具体如下：
Th＝任意Tv频度×全寿命耐久里程km/两循环工况里程km；
Te＝Th×exp(R/(Tr+273)-R/(Tv+273))，其中Tr是根据SBC循环催化器温度迭代计算出的催化器标准有效温度；
SBC老化时间＝A×Total(Te)。
8.根据权利要求7所述的基于温度过程的发动机台架三元催化器老化时间计算方法，其特征在于，SBC所需的时间大于或者等于SRC计算时间的95％即认为台架试验完成，即TotalSBC(Te)＞＝95％×A×TotalSRC(Te)，其中，TotalSBC(Te)是SBC老化时间，TotalSRC(Te)是SRC老化时间。
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