国六重型柴油车整车OBD和NOx控制系统试验方法研究.pdf

内燃机与配件w w w n r j p j c n国六重型柴油车整车O B D和N O x控制系统试验方法研究周涛,张佑源,肖宇,高洁,刘昭焕,覃昭翔(广西玉柴机器股份有限公司,广西 玉林 ;东风柳州汽车有限公司,广西 柳州 ;中机科(北京)车辆检测工程研究院有限公司,北京 )摘要:重型柴油车国六标准对车载诊断O B D系统的整车检验方法提出了明确要求.本文基于标准要求,对国六重型柴油车整车O B D和NO x控制系统检验方法进行试验验证,包括标准化验证、电器/电子部件功能性故障验证、合理性故障验证、劣化性故障验证、远程排放数据一致性验证等.结果表明,车辆O B D和NO x控制系统满足标准要求,扭矩点和功率点中冷器效率分别为 和 ,带有后处理传感器故障的车辆NO x平均排放相对于正常状态提高了 .此外,本文提出了一种机动车在道路行驶过程中,通过测量发动机驱动功率来实现整车道路行驶阻力计算的新方法,为机动车道路行驶阻力的确定开拓了新思路.关键词:重型柴油车;O B D;NO x控制系统;道路行驶阻力;驱动功率中图分类号:T K 文献标识码:A文章编号:X()R e s e a r c ho nt h eT e s tM e t h o do fO B Da n dN O xC o n t r o lS y s t e mo fN a t i o n a l S i xH e a v y d u t yD i e s e lV e h i c l e sZ h o uT a o,Z h a n gY o u y u a n,X i a oY u,G a oJ i e,L i uZ h a o h u a n,Q i nZ h a o x i a n g(G u a n g x iY u c h a iM a c h i n e r yC o m p a n yL i m i t e d,G u a n g x iY u l i n ;D o n g f e n gL i u z h o uM o t o rC o,L t d,G u a n g x iL i u z h o u ;Z h o n g j i k e(B e i j i n g)V e h i c l eT e s t i n gE n g i n e e r i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:N a t i o n a lS i xs t a n d a r d s f o rh e a v y d u t yd i e s e l v e h i c l e sp u t f o r w a r dc l e a r r e q u i r e m e n t s f o r t h ew h o l ev e h i c l e i n s p e c t i o nm e t h o do fO B Ds y s t e mf o ro n b o a r dd i a g n o s i s B a s e do n t h e s t a n d a r dr e q u i r e m e n t s,t h i sp a p e rt e s t e da n dv e r i f i e dt h eO B Da n dNO xc o n t r o l s y s t e mi n s p e c t i o nm e t h o d so f t h eN a t i o n a l s i x t hh e a v y d u t yd i e s e lv e h i c l e,i n c l u d i n gs t a n d a r d i z a t i o nv e r i f i c a t i o n,e l e c t r i c a l/e l e c t r o n i cc o m p o n e n tf u n c t i o n a lf a u l tv e r i f i c a t i o n,r a t i o n a l i t yf a u l tv e r i f i c a t i o n,d e t e r i o r a t i o nf a u l tv e r i f i c a t i o n,r e m o t ee m i s s i o nd a t ac o n s i s t e n c yv e r i f i c a t i o n,e t c T h er e s u l t ss h o wt h a t t h eO B Da n dNO xc o n t r o l s y s t e m sm e e t t h es t a n d a r dr e q u i r e m e n t s,t h ee f f i c i e n c yo f t h ei n t e r c o o l e ra t t o r q u ep o i n t a n dp o w e rp o i n t i s a n d ,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e a v e r a g eNO xe m i s s i o no fv e h i c l e sw i t hp o s t p r o c e s s i n gs e n s o r f a u l t s i s i n c r e a s e db y c o m p a r e dw i t ht h en o r m a l s t a t e I na d d i t i o n,an e w m e t h o do fc a l c u l a t i n gt h ev e h i c l e sr o a dd r i v i n gr e s i s t a n c eb ym e a s u r i n gt h ee n g i n ed r i v i n gp o w e r i sp r o p o s e d i nt h i sp a p e r,w h i c ho p e n su pan e wi d e a f o rd e t e r m i n i n gt h ev e h i c l e s r o a dd r i v i n gr e s i s t a n c e K e yw o r d s:H e a v y d u t yd i e s e l v e h i c l e;O B D;NO xc o n t r o l s y s t e m;R o a dd r i v i n gr e s i s t a n c e;D r i v i n gp o w e r作者简介:周涛(),男,山东省滕州市,汉族,工程师,本科,内燃机排放与控制.引言近年来,我国机动车保有量一直保持持续增长状态,年,全国机动车保有量达到了 亿辆,其中汽车保有量达到了 亿辆,同比增长.移动源的污染已经成为了我国大中小各个城市中空气污染的重要来源.其中,柴油车的颗粒物(PM)和氮氧化物(N O x)排放量占据了机动车总排放量的一大部分.年月 日,生态环境部发布了G B 重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)标准.自 年月日起,在全国范围全面实施重型柴油车国六排放标准,满足 b阶段排放标准要求的重型柴油车,应按标准要求安装车载终端,进行远程排放监控数据联网.生态环境主管部门可以通过车载终端对车辆的排放情况和故障状态进行实施监控,车载终端的数据来源主要是车载诊断系统O B D和N O x控制系统,所以确保其正常运行是生态环境进行监控的必要条件.重型柴油车国六标准对O B D和N O x控制系统检验方法进行了明确规定,需要对故障分类、M I L灯激活策略、故障计数器、驾驶员报警系统、驾驶性能限制系统等内容进行测试 .本文基于此规定,以一辆国六N 类重型柴油车为例,全面系统地阐述了整车O B D和N O x控制系统检验内容,形成了详细的检验实施细则,为相关专业技术人员开展整车测试提供相应指导,提升检验检测的质量和效率.试验方案 试验样车本文选取一辆满足国六b排放标准的N 类重型柴油车开展试验,整车及发动机具体参数如表所示:年第 期表整车及发动机具体参数表整车/发动机项目参数最大总质量(k g)基准质量(k g)额定功率/转速(k W/r/m i n)/排量(L)进气方式增压中冷后处理系统型式D O CS C RA S CD P F 测试设备本次 试 验 在 重 型 商 用 车 底 盘 测 功 机 上 开 展,采 用P EM S进行排气污染物的测量.排放测试设备为奥地利AV L公司生产的便携式车载排放分析仪,采用P EM S设备进行车辆排气污染物的测量,排放测试设备为奥地利AV L公司生产测便携式车载排放分析仪,AV L M O VE系 统 主 要 由G A S P EM S S AV L 、P N P EM SAV L 、排 气 流 量 计AV L E FM、控 制 电 脑S y s t e mC o n t r o l、配电单元E B O X、充电器C h a r g e r、G P S、气象站Am b i e n t和电池B a t t e t i e s组成.G A SP EM SSAV L 采用不分光红外线吸收型分析仪(N o n D i s p e r s i v eI n f r a R e d,N D I R)测量C O、C O 的排放量,不分光紫外线分析仪(N o n d i s p e r s i v eUV,N DUV)测量N O x的排放量,P NP EM SAV L 采用扩散荷电法原理测量P N的排放数量,排气流量计AV L E FM采用皮托管的原理测量排气流量,G P S测量车辆的经度、纬度、海拔和速度,气象站Am b i e n t测量大气温度、相对湿度和大气压力.采用O B D通用诊断仪进行故障代码的读取.表试验设备型号参数表仪器设备名称型号底盘测功机AV L x 气体分析仪(P EM S)AV L GA SP EM SI S排气流量计(P EM S)AV LE FM 颗粒物计数测量系统P NP EM SI SHD O B D读码器D P A O B D诊断仪D P A 试验工况根据国家标准G B 重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)附录K实际道路行驶测量方法(P E M S)对N 类车辆(城市车辆除外)的测试路线要求,此类车辆P E M S试验道路工况由市区路、市郊路和高速路组成,道路工况的占比由车辆行驶时间确定,分别为 、和 ,并允许实际构成比例有 的偏差.按照国六标准P EM S排放测试要求,采集实际道路P EM S路谱,采集到的工况曲线图见图.其中市区路、市郊路和高速路实际占比分别为、和,且平均速度分别为 k m/h、k m/h和 k m/h,工况满足重型国六标准对P EM S路线的相关要求.图P EM S工况曲线图 道路行驶阻力系数机动车道路行驶阻力系数是整车动力计算、系统模拟计算、底盘测功机应用的主要参数,它通常采用整车道路滑行阻力测量、数据处理方法获得.该方法存在的问题所在是采用道路阻力滑行法,此时整车传动系统的齿轮受力面均为齿轮背面工作,而不是齿轮正面工作.本文采用整车“驱动功率法”测量道路行驶阻力,此方法是针对整车滑行法提出来的,它的应用提升了道路行驶阻力测量方法技术先进性,优于车辆道路阻力滑行法.道路行驶阻力“驱动功率”测量方法是车辆行驶过程传动系统的驱动受力为齿轮正面啮合传递发动机驱动功率,其齿轮正面啮合具备传动效率高,摩擦阻力小,充分弥补滑行阻力测量问题.当前道路滑行阻力测量是传统试验方法,传动系齿轮接触面为齿背工作状态,传动效率低,摩擦阻力大.机动车道路行驶阻力驱动功率法,参照G B/T 重型商用车辆燃料消耗量测量方法标准中车辆实际道路滑行的试验条件要求,车辆处于满载状态.车辆分别以 k m/h、k m/h、k m/h k m/h的等速行驶通过 m距离.采用O B D通用诊断仪通过整车O B D端口采集 H z车辆速度V(k m/h)、发动机的转速N(r p m)、发动机扭矩T(N m).根据公式()计算车辆 H z驱动功率.PNT/()P发 动 机 功 率,单 位k W;T发 动 机 扭 矩,单 位Nm;N发动机转速,单位r p m.根据计算出的车辆 H z驱动功率和速度,采用以下方式根据车辆驱动功率计算车辆行驶阻力.FP/V()其中,F为车辆行驶阻力,V为车辆速度.然后按照数据拟合方法绘制拟合曲线,多项式选择FAB VC V,拟合系数R 在 以上,得出车辆实际道路行驶阻力系数A、B、C.根据此方法计算出的车辆道路行驶阻力系数为A N、B N/(k m/h)、C N/(k m/h).试验结果分析 标准化验证本次共开展完成了M I L外观检查、O B D接口位置检查、O B D信息检查等 项标准化验证.检查车辆故障指示器的符号和车辆上电、发动机启动时的故障指示灯的点亮策略.M I L灯应采用I S O标准规定的符号 定义的黄色或琥珀色警报信号,如图所示.图M I L灯符号车辆处于无故障状态时,M I L灯在整车钥匙上电且发动机并未起动时,显示策略需满足重型车国六标准中M I L灯的点亮规则,具体由以下两个步骤组成:()M I L灯显示持续 s的点亮,然后保持 s的关闭,接着点亮保持 s或者每秒闪烁一次,持续 s,最后之内燃机与配件w w w n r j p j c n后保持 s的关闭.()M I L灯应点亮 s,然后熄灭时间为 s,重复此步骤直至发动机起动.无故障状态下,整车M I L灯在发动机起动时处于长时间熄灭状态.电器/电子部件功能性故障验证本次共开展完成了环境温度传感器、车速传感器合理性故障、进气歧管温度压力传感器等 项电器/电子部件功能性故障验证.以环境温度传感器为例,将车辆安装的环境温度传感器拆下,断开接插件,将其置于空气中,具体如图所示.图断开环境温度传感器接插件采用O B D通用诊断仪读取故障代码:D T C:P ,F T B:,故障等级为B 类故障,故障描述为环境空气温度传感器电路A电路高,第个驾驶循环C o n f i r ma n dA c t i v e.故障码显示内容符合国家标准要求,M I L灯点亮策略符合B 类故障点亮要求,即上电隔秒闪次,启动 秒后熄灭,驾驶员报警灯处于常亮状态.恢复传感器接插件之后,通过车辆上电、发动机启动共个驾驶循环后可以消除此故障,使得车辆恢复正常状态.N O x控制系统验证本次共开展完成了尿素液位(、)、尿素浓度等项N O x控制系统验证.将尿素液位由 以上降为 以下,然后将以上降为,最后放空尿素,驾驶员报警系统出现如表所示的显示内容.对于尿素浓度,在正常尿素溶液中加入适量的水,将其浓度从 稀释至,读取车辆故障代码信息进行相关验证.表驾驶员报警系统故障驾驶员警告系统尿素液位不足 提示限速限扭尿素液位不足限扭尿素放空限速根据国六标准对N O x控制系统,故障信息,发动机故障灯M I L点亮策略,驾驶员报警系统激活以及冻结帧信息均进行了符合性验证,满足标准要求.合理性故障本次共开 展 完 成 了 上 游N O x传 感 器 置 于 空 气 中、S C R上游温度传感器置于空气中、D O C前排温传感器置于空气中等项合理性故障验证.以S C R上游温度传感器置于空气中为例,将其置于空气中,将车辆固定在底盘测功机上,司机驾驶车辆按照P EM S工况行驶,用O B D诊断仪读取故障信息.结果显示:车辆在第个驾驶循环市郊工况P e n d i n g,第个驾驶循环市郊工况C o n f i r ma n dA c t i v e.故障 代 码 为:D T C:P F,F T B:,故障等级为A类故障,故障描述为排气温度传感器电路范围/性能气缸组传感器.故障码显示内容符合国六标准要求,M I L灯点亮策略符合A类故障点亮要求,即上电和启动时,M I L灯均保持常亮状态,驾驶员报警灯也处于常亮状态.恢复传感器接插件之后,通过车辆上电、发动机启动共个驾驶循环后可以消除此故障,使得车辆恢复正常状态.劣化性故障本次共开展完成了E G R流量低、中冷器效率低、D P F空管等项劣化性故障试验验证.采用薄堵片安装在E G R阀文丘里管之前模拟E G R流量低故障,制作不锈钢管,使发动机增压器出口与发动机进气口相连,旁通掉中冷器来模拟中冷器效率低故障,空置压差传感器模拟D P F空管故障,滑动电阻与D P F压差传感器连接模拟D P F静态漂移不合理故障,薄堵片安装在E G R阀进气口之前模拟E G R卡滞故障.对车辆故障代码、故障等级、冻结帧信息进行验证,符合法规要求.图劣化性故障模拟 远程排放数据一致性验证本次共开展完成了车速、发动机转速、上游N O x浓度、S C R入口温度等 项远程终端验证,满足H J 重型车排放远程监控技术规范 第部分 车载终端 标准中对数据一致性的要求.中冷器效率发动机试验工况:额定功率点转速为 r p m,最大扭矩点转速 r p m;车辆试验条件:模拟变速器档发动机转速,加速踏板踩全开(发动机功率点、扭矩点);迎面风机的冷却风速按档车速模拟V k m/h(扭矩点)和车速V k m/h(功率点).中冷器冷却效率是指发动机处于热平衡状态时,中冷器进出口温度差值与中冷器进口温度和环境温度差值之比.T中冷器进口温度T中冷器出口温度T中冷器进口温度T环境温度扭矩点中冷器散热效率为 ,功率点中冷器散热效率为 .合理性故障对排放结果影响本次共开展完成了上游N O x传感器置于空气中、下游N O x传感器置于空气中等项故障的排放相关性验证.通过P EM S采集 H z的车辆排放数据,与车辆正常状态的排放进行对比分析,具体N O x排放速率对比图如图图所示.图上游N O x传感器置于空气中 年第 期图下游N O x传感器置于空气中图拔掉尿素喷射管图S C R上游温度传感器置于空气中故障车辆N O x排放严重,且瞬时峰值较多,可能与尿素喷射低或尿素没有喷射导致的S C R效率低有关.相对正常状态,带有故障的车辆N O x平均排放提高了 (见表).表车辆故障状态与正常状态N O x排放对比表序号故障名称实际道路P EM S N O x平均排放(m g)故障N O x平均排放(m g)增长率上游N O x传感器置于空气中 下游N O x传感器置于空气中 拔掉尿素喷射管 S C R上 游 温 度 传感器置于空气中 结论()依据重型柴油车国六标准对整车进行O B D功能验证试验,包括标准化验证、电器/电子部件功能性故障验证、合理性故障验证、劣化性故障验证、远程排放数据一致性验证.试验结果满足标准要求.()车辆进行了中冷器效率试验,结果显示:扭矩点中冷器 散 热 效 率 为 ,功 率 点 中 冷 器 散 热 效 率 为 .依据标准开展发动机排气制动性能试验,结果满足试验标准要求.()通过合理性故障对排放结果的影响分析可知,相对正常 状 态,带 有 故 障 的 车 辆N O x平 均 排 放 提 高 了 .()本文提出了一种机动车在道路行驶过程中,通过测量发动机驱动功率来实现整车道路行驶阻力计算的新方法,为机动车道路行驶阻力的确定开拓了新思路.参考文献:年中国移动源环境管理年报(摘录一)J环境保护,():国家生态环境部,国家市场监督管理总局,重型柴油车污染 物 排 放 限 值 及 测 量 方 法(中 国 第 六 阶 段):G B S北京:中国环境科学出版社,国家生态环境部关于实施重型柴油车国六排放标准有关事宜的公告Z 刘栋,任烁今,刘麟等重型柴油车整车O B D和N O x控制系统验证方法研究C/中国汽车工程学会(C h i n aS o c i e t yo fA u t o m o t i v eE n g i n e e r s)中国汽车工程学 会 年 会 论 文 集()机 械 工 业 出 版 社(CH I NAMA CH I N EP R E S S),:D O I:/c c n k i h y 于津涛,周涛,张凡,重型国六排放标准中O B D主要变化及验证J小型内燃机与车辆技术,():刘麟,许丹丹,王飞等基于发动机O B D认证循环的整车验证方法研究C/中国 汽 车 工 程 学 会(C h i n aS o c i e t yo fA u t o m o t i v eE n g i n e e r s)中国汽车工程学会年会论文集()机械工业出版社(CH I NA MA CH I N E P R E S S),:D O I:/c c n k i h y 王树达,谭建伟,吕立群等国六重型柴油液化天然气车实际道路排放特性研究J内燃机工程,():D O I:/j c n k i n r j g c 吕立群,尹航,王军方等基于功基窗口法的国六重型柴油车实际道路排放研究J中国环境科学,():D O I:/j c n k i i s s n G B/T ,重型商用车辆油耗测量方法S I S O/T C /S CG r a p h i c a ls y m b o l sf o ru s eo ne q u i p m e n t I S O :G r a p h i c a l s y m b o l s f o r u s eo ne q u i p m e n t R e g i s t e r e ds y m b o l sZ 生态环境部重型车排放远程监控技术规范H J S北京:中国环境出版集团,韩丽宁,董春燕,王建霞 等关 于 某 重 型 卡 车 匹 配D E UT Z 发 动 机 改 善 中 冷 器 效 率 的 措 施 研 究C/中国汽车技术研究中心有限公司,中国汽车工程学会,天津市西青区人民政府“创新材料引领汽车发展新机遇”中国车用材料(西青)国际论坛论文集 出版者不详,:G B ,商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法S