CN113586275B - 三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，包括参数获取模块、控制模块、催化器台架循环耐久试验装置；控制模块用于标定发动机目标转速和发动机目标扭矩；在单个试验工况下依次调节发动机转速、发动机扭矩、空气喷射氧浓度和空燃比，最后调节点火提前角；在循环试验工况下同时调节试验参数达到标定值，再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。本发明还公开了一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，包括初步选取发动机转矩和扭矩、在单个试验工况下进行试验和调节、在循环试验工况下进行试验和调节。本发明提高了催化器台架循环耐久试验中温度调节的效率、安全性和准确性。

Description

三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及三元催化器台架试验技术领域，具体地指一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统及控制方法。
背景技术
根据GB18352.6-2016标准要求，目前排放耐久试验可采用的方案有多种选择，每种方案各有利弊，标准台架循环耐久(SBC)与其它几种方案相比时间短且费用低，但是催化器的台架老化与整车道路老化等效性保证一直是难点，在试验过程中催化器的温度控制是确保试验顺利进行的关键因素，通过对催化器的温度进行准确控制，保证催化器在设定的温度区间进行老化，从而在计算的老化时间内完成催化器的热老化过程。
发动机的转速、扭矩、点火提前角、空燃比以及二次空气喷射量都将影响催化器的温度，其中点火提前角、空燃比和二次空气喷射量还影响排气中的氧浓度，特别是二次空气的喷射，瞬间将催化器温度提升200～300℃，极易烧毁催化器。为了在台架上实现SBC循环需要不断调试转速、扭矩、点火提前角、空燃比以及二次空气喷射量。因此，如何在不损坏催化器的情况下，尽可能提高催化器温度，从而缩短老化时间，是亟待解决的问题。如何高效且安全地调试SBC循环，显得至关重要。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统及控制方法，该控制系统及控制方法可以快速、安全、准确的将三元催化器温度调节至目标温度。
为实现上述目的，本发明提供一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，包括参数获取模块、控制模块、催化器台架循环耐久试验装置；
所述参数获取模块用于获取发动机转速、发动机扭矩、空燃比、点火提前角、空气喷射氧浓度和催化器实际温度；
所述控制模块用于根据发动机万有特性曲线确定每个试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩；
所述控制模块还用于：在单个试验工况下分别进行催化器台架耐久试验时，根据每个试验工况下试验参数的目标值依次调节发动机转速、发动机扭矩、空气喷射氧浓度和空燃比，最后调节点火提前角使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出每个试验工况下试验参数的标定值；
所述控制模块还用于：在循环试验工况下进行催化器台架循环耐久试验时，同时调节试验参数达到标定值，再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出最终的试验参数的标定值。
进一步地，所述试验参数包括发动机转速、发动机扭矩、空燃比、点火提前角、空气喷射氧浓度；
进一步地，所述控制模块还用于，当判断某试验工况下目标空燃比大于理论空燃比且目标空气喷射氧浓度大于0，在调节完点火提前角后，还根据空气喷射氧浓度和空燃比的目标值重新依次调节空气喷射氧浓度、空燃比，最后再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。
进一步地，所述控制模块还用于，当判断调节点火提前角后无法使催化器实际温度达到催化器目标温度，则调节该试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩。
进一步地，所述控制模块还用于，在催化器台架循环耐久试验中，当判断催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，增大点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，减小点火提前角。
进一步地，所述催化器台架循环耐久试验装置包括同轴连接的发动机和测功机，所述发动机的废气通道连接着催化器，所述废气通道旁通有空气喷射装置，所述空气喷射装置还连接有高压气源。
本发明还提供一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，包括：
1)根据发动机万有特性曲线确定每个试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩；
2)在单个试验工况下分别进行催化器台架耐久试验，根据每个试验工况下试验参数的目标值依次调节发动机转速、发动机扭矩、空气喷射氧浓度和空燃比，最后再次调节点火提前角使催化器实际温度达到催化器目标温度，得到每个试验工况下试验参数的标定值；
3)在循环试验工况下进行催化器台架循环耐久试验，同时调节试验参数达到标定值，再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出最终的试验参数的标定值。
进一步地，步骤1)中，发动机目标转速和发动机目标扭矩的确定方法包括，根据每个试验工况下的催化器目标温度作为发动机排气温度，根据发动机排气温度和发动机万有特性曲线确定发动机目标转速和发动机目标扭矩。
进一步地，步骤2)中，若某试验工况下目标空燃比大于理论空燃比且目标空气喷射氧浓度大于0，在调节完点火提前角后，还根据空气喷射氧浓度和空燃比的目标值重新依次调节空气喷射氧浓度、空燃比，最后调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。
进一步地，步骤2)中，若调节点火提前角无法使催化器实际温度达到催化器目标温度，则调节该试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩。
进一步地，步骤3)中，当催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，增大点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，减小点火提前角。
本发明的有益效果：提高了催化器台架循环耐久试验中温度调节的效率、安全性和准确性。本发明先通过发动机万有特性曲线确定发动机目标转速和发动机目标扭矩，可以初步快速确定各个试验工况下的发动机转速和扭矩；在进行单个试验工况下的试验时，首先调节调节发动机转速和发动机扭矩至目标值，然后依次调节空气喷射氧浓度、空燃比和点火提前角，这样的顺序调节可以缩短试验参数标定的时间，同时确保催化器温度不会升温过快，避免烧毁催化器；在进行循环试验工况下的试验时，还根据催化器实际温度与目标温度之差再次调节点火提前角，这样使得催化器的温度控制更加精确。
附图说明
图1为本发明控制系统的结构示意图。
图2为本发明的控制方法流程图
图中各部件标号如下：参数获取模块100、控制模块200、发动机310、测功机320、催化器330、空气喷射装置340、高压气源350。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1所示，一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，包括参数获取模块100、控制模块200、催化器台架循环耐久试验装置300。
本实施例中，催化器台架循环耐久试验装置300包括同轴连接的发动机310和测功机320，发动机310的废气通道连接着催化器330，废气通道旁通有空气喷射装置340，空气喷射装置340还连接有高压气源350。空气喷射装置340可以向发动机排出的废气中再次喷射空气，从而增加进入催化器中的氧浓度，控制空气喷射氧浓度是通过控制空气喷射流量来实现的。
本实施例中，催化器台架循环耐久试验的循环试验工况如表1所示。其中，工况1和工况3为主要试验工况，工况2和工况4为过渡工况，实际试验过程中是按照1-2-3-4的顺序连续进行，而在标定每个试验工况下的试验参数时，是需要独立分开的在每个试验工况下进行。空燃比为加浓时，说明空燃比小于理论空燃比，工况2和工况4中催化器温度取目标范围内的一个固定值，TX为工况1的催化器温度目标值。
表1循环试验工况各试验参数的目标值
工况顺序 时间/s 空燃比 催化器温度℃ 空气喷射氧浓度％
1 1-40 理论空燃比 Tx 0
2 41-45 加浓 Tx～Tx+90 0
3 46-55 加浓 Tx+90 3％±0.1％
4 56-60 理论空燃比 Tx～Tx+90 3％±0.1％
参数获取模块100用于获取发动机转速、发动机扭矩、空燃比、点火提前角、空气喷射氧浓度、催化器温度，其中试验参数为发动机转速、发动机扭矩、空燃比、点火提前角、空气喷射氧浓度。
控制模块200用于根据单个试验工况下的催化器目标温度作为发动机排气温度，根据发动机排气温度和发动机万有特性曲线确定发动机目标转速和发动机目标扭矩。
控制模块200还用于，在单个试验工况下分别进行催化器台架耐久试验时，根据每个试验工况下试验参数的目标值依次调节发动机转速、发动机扭矩、空气喷射氧浓度和空燃比，最后调节点火提前角使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出每个试验工况下试验参数的标定值。
控制模块200还用于，当判断某试验工况下目标空燃比大于理论空燃比且目标空气喷射氧浓度大于0，在调节完点火提前角后，还根据空气喷射氧浓度和空燃比的目标值重新依次调节空气喷射氧浓度、空燃比，最后调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出最终的试验参数的标定值。
控制模块200还用于，当判断调节点火提前角后无法使催化器实际温度达到催化器目标温度，则调节该试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩。
控制模块200还用于，在循环试验工况下进行催化器台架循环耐久试验时，同时调节试验参数达到标定值，再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。
控制模块200还用于，在催化器台架循环耐久试验中，当判断催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，增大点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，减小点火提前角。
如图2所示，上述三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法如下：
1、发动机目标转速和发动机目标扭矩的确定方法包括，根据每个试验工况下的催化器目标温度作为发动机排气温度，根据发动机排气温度和发动机万有特性曲线确定发动机目标转速和发动机目标扭矩。这样，可以初步快速确定各个试验工况下的发动机转速和扭矩，为接下来的单个试验工况下的试验参数调节确定一个初步的范围。
本实施例中，为了防止发动机检测排气中的氧浓度从而干扰催化器台架循环耐久试验，首先关闭发动机闭环调节，实现开环控制。发动机的万有特性曲线描述了发动机在不同的转速和扭矩下的性能表现，比如试验需要的发动机排气温度。结合万有特性曲线，可以很快找到满足工况1要求的Tx的发动机转速和扭矩、以及满足工况3要求的Tx+90的发动机转速和扭矩。为了各个工况运行的平顺性，工况1和工况3的转速差要低于1000rpm，为了后期提高调整点火提前角的灵敏度，发动机转速差不得低于发动机万有特性曲线中转速的最小分度值。
2、在单个试验工况下分别进行催化器台架耐久试验，其中，先进行工况1、3的试验，再进行工况2、4的试验。以单个试验工况3为例，首先根据步骤1中确定的工况3的发动机目标转速和发动机目标扭矩调节发动机转速和发动机扭矩与目标值一致，然后通过调节空气喷射流量控制空气喷射氧浓度为3％±0.1％，将空燃比调节至小于理论空燃比，最后调节点火提前角使催化器实际温度达到Tx+90，输出工况3的各个试验参数的标定值。这样的顺序调节可以缩短试验参数的标定时间，同时确保催化器温度不会升温过快，避免烧毁催化器。如果先调节点火提前角后调节空气喷射氧浓度，假如此时减小点火提前角，使得发动机点火时刻延后，将会有一部分混合气来不及燃烧就会排出发动机，进入催化器中，通过混合空气喷射带来的氧气，在催化器中进一步燃烧，从而大大提高催化器温度，容易烧毁催化器。
本实施例中，在工况3中调节完点火提前角后，还根据空气喷射氧浓度和空燃比的目标值重新依次调节空气喷射氧浓度、空燃比，最后调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。这样是因为在第一依次调节空气喷射氧浓度、空燃比和点火提前角后，空燃比从理论空燃比调节至加浓后会导致之前已经调好的空气喷射氧浓度再次发生变化，偏移目标值，那么必须再次按照依次调节空气喷射氧浓度、空燃比和点火提前角的顺序再次调节一次，使得空气喷射氧浓度、空燃比以及催化器实际温度均可以达到目标值，提高了温度调节的精确度。
本实施例中，在经过上述调节过程后，若无论怎么调节点火提前角都无法使催化器实际温度达到催化器目标温度，则说明初步选取的发动机目标转速和发动机目标扭矩不合适，则需要重新按照步骤1再次标定该试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩，然后再次进行步骤2的调节过程，直到催化器实际温度达到催化器目标温度，得到各个工况下发动机转矩、发动机扭矩、开工期喷射流量、点火提前角的标定值。
3、在循环试验工况下进行催化器台架循环耐久试验，同时调节各个试验参数达到标定值，记录下各个工况下的催化器实际温度，若催化器实际温度与催化器目标温度不一致，则调节点火提前角使催化器实际温度与催化器目标温度一致，输出最终的试验参数的标定值。这样各个循环试验工况的试验参数均已标定完成，以后再进行该循环工况的试验时直接将各个试验参数调节到标定值即可满足要求。由于各个试验参数的标定值是在单个试验工况下取得的，与循环试验工况还有一定差别，因此在循环工况下可能会出现催化器温度的偏差，而此时其它试验参数均已经标定为目标值，无法再调节，只能调节点火提前角，这样使得催化器的温度控制更加精确。
本实施例中，当催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，增大点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，减小点火提前角；当催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，减小点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，增大点火提前角。

Claims (10)

1.一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，其特征在于：包括参数获取模块(100)、控制模块(200)、催化器台架循环耐久试验装置；
所述参数获取模块(100)用于获取发动机转速、发动机扭矩、空燃比、点火提前角、空气喷射氧浓度、催化器实际温度；
所述控制模块(200)用于根据发动机万有特性曲线确定每个试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩；
所述控制模块(200)还用于：在单个试验工况下分别进行催化器台架耐久试验时，根据每个试验工况下试验参数的目标值依次调节发动机转速、发动机扭矩、空气喷射氧浓度和空燃比，最后调节点火提前角使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出每个试验工况下试验参数的标定值；
所述控制模块(200)还用于：在循环试验工况下进行催化器台架循环耐久试验时，同时调节试验参数达到标定值，再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出最终的试验参数的标定值。
2.根据权利要求1所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，其特征在于：所述控制模块(200)还用于，当判断某试验工况下目标空燃比大于理论空燃比且目标空气喷射氧浓度大于0，在调节完点火提前角后，还根据空气喷射氧浓度和空燃比的目标值重新依次调节空气喷射氧浓度、空燃比，最后再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。
3.根据权利要求1所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，其特征在于：所述控制模块(200)还用于，当判断调节点火提前角后无法使催化器实际温度达到催化器目标温度，则调节该试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩。
4.根据权利要求1所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，其特征在于：所述控制模块(200)还用于，在催化器台架循环耐久试验中，当判断催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，增大点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，减小点火提前角。
5.根据权利要求1所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统，其特征在于：所述催化器台架循环耐久试验装置包括同轴连接的发动机(310)和测功机(320)，所述发动机(310)的废气通道连接着催化器(330)，所述废气通道旁通有空气喷射装置(340)，所述空气喷射装置(340)还连接有高压气源(350)。
6.一种三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，其特征在于：
1)根据发动机万有特性曲线确定每个试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩；
2)在单个试验工况下分别进行催化器台架耐久试验，根据每个试验工况下试验参数的目标值依次调节发动机转速、发动机扭矩、空气喷射氧浓度和空燃比，最后再次调节点火提前角使催化器实际温度达到催化器目标温度，得到每个试验工况下试验参数的标定值；
3)在循环试验工况下进行催化器台架循环耐久试验，同时调节试验参数达到标定值，再次调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度，输出最终的试验参数的标定值。
7.根据权利要求6所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，其特征在于：步骤1)中，发动机目标转速和发动机目标扭矩的确定方法包括，根据每个试验工况下的催化器目标温度作为发动机排气温度，根据发动机排气温度和发动机万有特性曲线确定发动机目标转速和发动机目标扭矩。
8.根据权利要求6所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，其特征在于：步骤2)中，若某试验工况下目标空燃比大于理论空燃比且目标空气喷射氧浓度大于0，在调节完点火提前角后，还根据空气喷射氧浓度和空燃比的目标值重新依次调节空气喷射氧浓度、空燃比，最后调节点火提前角，使催化器实际温度达到催化器目标温度。
9.根据权利要求8所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，其特征在于：步骤2)中，若调节点火提前角无法使催化器实际温度达到催化器目标温度，则调节该试验工况下的发动机目标转速和发动机目标扭矩。
10.根据权利要求6所述的三元催化器台架循环耐久试验温度控制系统的控制方法，其特征在于：步骤3)中，当催化器实际温度小于催化器目标温度时，若目标空气喷射氧浓度为0，增大点火提前角，若空气喷射氧浓度不为0，减小点火提前角。
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