AMA和SRC工况下轻型车催化器温度对比分析

孙龙， 刘宇， 雷利刚， 张建伟， 宁军

(1． 中国汽车技术研究中心， 天津 300300； 2. 天津大学， 天津 300072)

AMA和SRC工况下轻型车催化器温度对比分析

孙龙1， 刘宇2， 雷利刚1， 张建伟1， 宁军1

(1． 中国汽车技术研究中心， 天津 300300； 2. 天津大学， 天津 300072)

选择了1辆进行轻型车排放控制装置耐久性试验的车辆，在底盘测功机上按照AMA(里程累积循环)和SRC(标准道路循环)工况分别运行，采集了测试车辆的催化器温度和车速数据，研究分析了两种不同耐久工况下的催化器温度分布特征和瞬时变化特征。研究表明：AMA工况下，温度主要分布在460～640 ℃之间，催化器平均温度为549.34 ℃；SRC工况下温度分布在两组比较集中的温度区间，31.6%的温度点分布在440～560 ℃的低温区间，63.5%的温度点分布在600～740 ℃的高温区间内，平均值为605.4 ℃，高于AMA工况下平均温度。AMA工况下催化器温度变化呈现高低温反复变化特征，而SRC工况下温度反复变化过程不明显。对于子循环下催化器温度变化，AMA工况呈现出左峰始终小于右峰的规律，SRC工况则取决于催化器温度整体处在上升还是下降阶段。

轻型车； 耐久试验； AMA循环； SRC循环； 催化器温度

标准GB 18352.5—2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》对轻型汽车排放污染物控制装置耐久性的考核进行了明确规定，规定要求最大总质量大于3 500 kg但基准质量不大于2 610 kg的M1，M2和N2类汽车应进行污染物控制装置耐久性试验，即按照指定工况(AMA循环或SRC循环)在道路或底盘测功机上进行160 000 km耐久试验，而且每隔一定里程(10 000±400 km或更短)测量排气污染物。然后还要计算每一种排气污染物的劣化系数来考核污染物控制装置的性能[1]。

OBD-Ⅱ系统，即车载诊断系统，通过测量发动机工作的各种参数来实时监测发动机工作状态，当有故障时及时报警和提供维修依据[2-3]。催化器温度是所有参数中重要的参数，它直接影响发动机三元催化转化器的催化效果，而三元催化对控制排放十分重要[4-5]。

通常三元催化器的正常工作温度为400～800 ℃[6]。如果催化转化器温度过高，比如超过1 000 ℃，其内涂层的催化剂会因烧结而损坏[7]，其后果是影响对尾气的处理效果，严重时还会造成各种自燃事故[8-9]。所以对催化器温度分布及两种工况条件下的对比研究具有实际意义。

1 试验方案设计

1.1 测试设备

利用底盘测功机模拟车辆实际运行过程中的道路阻力，将测试车辆安装固定在底盘测功机上，按照法规要求分别运行AMA和SRC循环。为了保证车辆对工况的跟踪有较好的准确性，车辆测试过程中由自动驾驶仪按照指定测试工况操作车辆。车辆运行过程中，利用安装在车辆OBD诊断接口上的ELM 327设备读取车辆CAN通信信息，并记录车速和催化器温度数据。车辆正前方固定一个追速风机用于车辆运行过程中的冷却。试验设备连接示意见图1。

图1 试验设备示意

按照GB 18352.5—2013中V型试验的要求，道路阻力参数既可以使用车辆在道路上实际进行滑行试验测得的阻力数据，也可以使用标准推荐值。但标准推荐值是统计经验值，而实际滑行阻力值则是针对当前车辆的具体情况，故本试验使用实际滑行阻力值[10-13]。

1.2 测试车辆

试验所用车辆为1辆进行轻型车排放控制装置耐久性试验国Ⅴ阶段的试验车辆，试验前车辆测试里程125 177 km,车辆在测试前进行了常规保养，并磨合运行了300 km。试验车辆基本参数见表1，试验所用燃料为95号汽油。

表1 试验车辆基本参数

1.3 测试工况

测试车按照GB 18352.5—2013中V型试验的法规工况AMA(里程累积循环)和SRC(标准道路循环)运行[14]。

AMA工况组成见图2，每经历4个怠速为一个子循环，行程为6 km，一个完整循环由11个子循环组成。速度及加速度要求在上述国标中有详细的规定[1]。SRC工况由7个子循环组成(见图3)，每个子循环6 km，具体速度及加速度要求同样在国标GB 18352.5—2013中有详细的规定[1]。

图2 标准AMA循环

图3 标准SRC循环

1.4 两种工况速度分布对比分析

AMA工况和SRC工况的速度数据每隔10 km/h为一组，将落入各个速度区间的速度点进行统计，并分别绘制分布图(见图4和图5)，分析两种工况下的速度分布特征。AMA工况下怠速占16.74%，显著大于SRC工况下的怠速比例5.74%。其次，AMA工况除怠速工况外大部分集中在40～70 km/h区间内，所占比例为60%，因此，AMA工况的大部分工况点分布在低速区域内；SRC工况分布区域相对较宽，比较均匀地分布在40～120 km/h之间，所占比例约为75%。其中70～120 km/h的高速段比例为32%，可以看出SRC工况较多的工况点分布在高速区域内。车速分布的差异会造成车辆催化器温度变化规律的不同。

图4 AMA工况速度分布

图5 SRC工况速度分布

2 数据整理与分析

自动驾驶仪控制测试车在底盘测功机上按照AMA工况和SRC工况分别运行1个测试循环，通过ELM 327 设备获取测试车的车速和车辆催化器温度数据，采样频率为1 Hz。对获取的车辆催化器温度数据进行整理分析，研究两种不同工况下的催化器温度变化特征。

2.1 两种工况下催化器温度瞬时变化规律

AMA工况和SRC工况下的车辆催化器温度曲线见图6和图7。

图6 AMA工况下催化器温度变化规律

图7 SRC工况下催化器温度变化规律

AMA工况下，催化器温度随着工况的变化呈现出低高温反复循环变化趋势。在最后阶段催化器温度呈现出持续升高、非大幅度下降的趋势，这主要因为AMA工况的第11个子工况车速高，发动机负荷大，发动机根据工况需求增加供油量，燃烧产生的热量多。

SRC工况下温度变化总体上呈现从低温到高温然后又快速到低温的变化趋势。相比AMA工况，SRC工况下的温度反复变化趋势过程不明显。在工况的前半段，催化器温度呈现逐渐升高的变化趋势，在1 250 s达到最大值，随后逐渐降低，并呈现温度先快速下降，随后快速上升之后再下降的规律。这主要是因为SRC工况下车速是逐渐变大，在1 250 s时达到最高车速131 km/h，随后车速快速下降至怠速工况。车辆在这样的工况下运行，发动机的供油量随车辆的运行负荷变化，加速和高速工况下，车辆供油量大，燃烧产生的热量多，催化器温度高；运行至怠速工况时，车辆负荷降低，发动机根据工况要求断油或减少供油量，此时催化器温度随之降低。

2.2 两种工况催化器温度分布对比分析

将车辆催化器温度变化范围按照20 ℃的间隔分成若干个温度区间，分别统计两种工况下温度点落入各个温度区间的频数以及累计分布比例，然后分别绘制成柱状图和折线图(见图8和图9)，观察不同工况下车辆催化器温度的分布特征。

图8 AMA工况催化器温度分布统计

图9 SRC工况催化器温度分布统计

AMA工况下，温度主要分布在460～640 ℃之间，80%的温度点落在该温度区域内，其中520～560 ℃所占比例最大，为25.7%。AMA工况下车辆催化器平均温度为549.34 ℃，该工况下的温度分布相对比较集中和均匀。AMA工况下的催化器温度分布特征与工况本身的速度和对车辆的负荷要求有很大关系。AMA工况的平均速度较低，工况运行较为平稳，加减速度较小，车辆运行时负荷相对较小，燃烧的燃料相对较少，平均温度较低。

SRC工况下车辆催化器温度分布呈现两个比较集中的温度区间，且两个温度区间内的分布情况也不相同。31.6%的温度点落入440～560 ℃的低温区间内，63.5%的温度点落入600～740 ℃的高温区间内。SRC工况催化器温度平均值为605.4 ℃，高于AMA工况下的催化器平均温度。SRC工况的平均速度较高，工况加减速度大，车辆运行时负荷变化较大，运行情况较为激烈，所以车辆的供油量大，产生的热量大。

从催化器平均温度上看，AMA工况下的温度分布较集中且均匀，工况对催化器温度的影响较为稳定。车辆进行AMA工况累计16×104km的耐久性试验时，催化器温度基本上能够保持在正常高效的工作温度范围内，从而为提高车辆排放达标的可能性提供基础条件。SRC工况下催化器温度集中在两个不同的温度区间内，且区间温度跨度较大，即分布的范围较宽，但也在催化器的正常工作范围内。SRC工况温度变化较为剧烈，最高温度为769.3 ℃，接近催化器工作上限，车辆按照SRC工况进行里程累计耐久性试验时，催化器工作效率和使用寿命可能会受到一定影响。因此，从催化器温度角度上选择，AMA工况对于催化器的工作效率能够提供更好的条件，从而实现车辆的排放达标。但实际运行过程中需要综合考虑试验成本、试验周期、催化器本身设计指标和发动机催化器匹配标定等因素来确定试验工况。

2.3 两种工况子循环下催化器温度变化特征

在AMA工况和SRC工况中分别选择了2个子工况，将其催化器温度瞬时变化绘成曲线，观察子工况下的催化器温度变化特征(见图 10和图 11)。

图10 AMA工况子循环下催化器温度变化曲线

图11 SRC工况子循环下催化器温度变化曲线

由图10对照图6可以看出，在AMA工况下运行，各个子循环催化器温度变化呈现相似的规律。无论在整体催化器温度上升阶段(以第1个子循环为例)，还是在整体催化器温度下降阶段(以第4个子循环为例)，在一个循环中，车速按怠速—加速—匀速—减速然后再加速—匀速—减速—怠速的规律变化，如此反复，催化器温度变化也呈现升高—平稳(或下降)—再升高—再下降的规律。并且在一个子循环中催化器温度呈现出左峰小于右峰，峰值逐渐走高的趋势。

由图11对照图7可以看出，在SRC工况下每个子循环催化器温度变化规律与AMA工况迥然不同。在整体催化器温度上升阶段(以第2个子循环为例)，催化器温度呈现出左峰小于右峰，峰值逐渐变大的趋势。在整体催化器温度下降阶段(以第7个子循环为例)，催化器温度呈现出左峰高于右峰，峰值逐渐变小的趋势。子循环中催化器温度峰值上升或下降取决于整体温度处于上升还是下降阶段。当然，SRC工况下每个子循环催化器温度随车速变化也是正向相关关系。

3 结论

a) AMA工况下的车辆催化器温度变化呈现高低温反复变化特征;SRC工况下的温度变化总体上呈现从低温到高温然后快速到低温的变化趋势;SRC工况下的温度变化趋势反复过程不明显;

b) AMA工况下车辆催化器温度分布比较均匀，80%的温度点集中在460～640 ℃之间，催化器平均温度为549.34 ℃，对温度敏感的车辆应该选择AMA测试工况;

c) SRC工况下的车辆催化器温度主要集中分布在两个温度区间，31.6%的温度点落入440～560 ℃的低温区间，63.5%的温度点落入600～740 ℃的高温区间，催化器温度平均值为605.4 ℃，对于温度有很好适应性的车辆可以选在SRC工况进行测试；

d) AMA工况子循环下催化器温度呈现出左峰小于右峰，峰值逐渐变大的规律；SRC工况子循环下催化器温度在整体催化器温度上升阶段呈现出左峰小于右峰，峰值逐渐变大的趋势；在整体催化器温度下降阶段呈现出左峰高于右峰，峰值逐渐变小的趋势。

[1] 环境保护部.GB 18352.5—2013 轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)[S].北京:中国环境科学出版社,2013:44-49.

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[14] 孙龙，耿艳，曹磊，等. 轻型汽车现行排放法规测试工况分析[J].汽车工程师，2016(5)：8-10.

[编辑: 李建新]

Comparison of Catalyst Temperatures of Light Duty Vehicle under AMA and SRC Conditions

SUN Long1, LIU Yu2, LEI Ligang1, ZHANG Jianwei1， NING Jun1

(1. China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300, China;2. Tianjin University, Tianjin 300072, China)

A light duty vehicle was chosen to conduct the durability test of emission control device on a chassis dynamometer under AMA(Approved Mileage Accumulation Cycle) and SRC (Standard Road Cycle) conditions. The vehicle catalytic converter temperature and the speed data were collected and the distribution characteristics and instantaneous changes of temperature under different test cycles were further analyzed. The results show that the temperature distributes mainly at 460-640 ℃ and the average temperature is 549.34 ℃ under AMA condition. Under SRC condition, 31.6% temperature concentrates in low temperature region of 440-560 ℃ and 63.5% temperature concentrates in the high temperature region of 600-740 ℃. The average temperature of high temperature region under SRC is 605.4 ℃, which is higher than that of AMA. The catalyst temperature of AMA changes repeatedly between high and low temperature, but the trend is not obvious under SRC. The catalyst temperature of sub-cycle shows the law that the left peak is lower than the right peak under AMA, but depends on the whole change of catalyst temperature under SRC.

light duty vehicle; durability test; AMA cycle; SRC cycle; catalyst temperature

2016-01-26;

2016-11-29

孙龙(1985—)，男，硕士，主要研究方向为轻型车排放与节能控制；13682127954@163.com。

10.3969/j.issn.1001-2222.2017.01.012

TK417.13

B

1001-2222(2017)01-0065-05