專利名稱：一種用于發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及汽車發動機排氣后處理試驗測試系統領域，更具體的說是涉及一 種發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺。
背景技術：
隨著世界各地對車用發動機排放的要求越來越嚴格，光靠發動機自身的優化來降 低所有的排放物變得越來越難，發動機加裝高效的后處理裝置(如尿素SCR裝置、三效催化 器、D0C、P0C、DPF等)來處理發動機尾氣排放成為越來越廣泛的選擇，新型發動機后處理裝 置的研究和開發也越來越熱。為了評價發動機后處理裝置的主要性能指標和可靠性，需要進行大量的試驗研究 (例如后處理裝置處理目標廢氣的能力、后處理裝置產生的壓降大小測試、后處理裝置熱 振動耐久性試驗等等)。目前，發動機臺架試驗臺測試、轉鼓試驗臺測試是最為廣泛的被用 于測試和評價后處理裝置的試驗方法。這類發動機臺架和轉鼓試驗臺系統復雜，主要包含 發動機、測功機、排放測試設備等；整體試驗臺造價高昂(動輒上千萬，甚至幾千萬)；建設 周期長(通常從方案確定到基建再到設備運輸安裝調試到系統驗證整個周期需要1-1. 5年 左右，甚至更長)；運行成本高(水、電、油、設備消耗品、設備折舊、人員費用等)；配套設施 要求高(地基減震要求、油庫設計要求、試驗室環境要求、消防要求、噪聲要求等)。同時采 用發動機試驗臺進行試驗整體能耗較高。正是因為這些，很多發動機后處理企業無法承擔 巨額的成本或者是由于建設周期原因，從而嚴重限制了新型發動機后處理裝置的研究開發 和技術進步。
發明內容
本發明要解決的是現有技術存在的上述缺陷，旨在提供一種制造方便、價格和低 廉、運行能耗低且簡便實用的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，通過模擬發動機的排 氣，為發動機后處理裝置提供與發動機穩定狀態下排氣具有相同特征(相同的流量、溫度、 壓力、主要氣體成分)的氣體進行性能和可靠性試驗。為實現以上目的，本發明采用的技術方案是一種發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，包括5個子系統流量控制系統、溫度 控制系統、主要氣體成分控制系統、壓力控制系統以及控制主機，其特征在于所述的5個子 系統通過管路連接，所述的流量控制系統包括空氣濾清器、風機和空氣流量計，通過空氣流 量計的數值實時調整風機的轉速，使得試驗臺管道中氣體流量與發動機穩態下某工況流量 一致；所述的溫度控制系統包括氣體加熱裝置和溫度傳感器，通過溫度傳感器測得的實時 溫度數值來控制氣體加熱裝置的加熱狀態從而控制試驗臺管道中氣體的溫度；所述的主要 氣體成分控制系統包括標準氣瓶、氣體閥門、電動流量控制閥、氣體混合器和氣體傳感器， 根據實測主要氣體成分濃度、排氣流量和發動機對應工況下主要氣體濃度數值，控制電動 流量控制閥使得試驗臺排氣管內形成對應濃度的氣體成分，然后通過氣體混合器使得主要氣體在排氣管中均勻分布；所述的壓力控制系統包括電動壓力調節閥和壓力傳感器，通過 壓力傳感器反饋的壓力數據實時調整壓力調節閥，使得試驗臺提供給后處理裝置的氣體壓 力與發動機對應工況排氣背壓相同；所述的控制主機用于接收、處理各個傳感器的信息，進 行控制運算，最終驅動各個執行器進行流量、溫度、壓力、主要氣體成分的控制。本發明的后處理裝置試驗臺通過所述5個子系統控制調節進入后處理裝置的氣 體流量、溫度、壓力和主要氣體成分，模擬發動機穩態工況時排氣狀況，從而實現后處理裝 置相關的性能和可靠性試驗。本發明的優點是由于本發明通過對氣體流量、溫度、壓力和主要氣體成分的控制 模擬了真實發動機排氣狀況，因此能夠為后處理裝置提供和發動機排氣相同狀態的氣體進 行相關性能和可靠性試驗。同時本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺具有投資 少、方便制造、制造安裝周期短、見效快、運行能耗和成本低、簡便實用等優點。根據本發明，一個典型的實施方式，所述的氣體加熱裝置包括燃燒器、燃料箱、燃 料泵、燃料噴嘴和火花塞，所述的空氣濾清器、風機和空氣流量計通過管路依次連接；所述 的燃料箱、燃料泵和燃料噴嘴依次連接，噴嘴和火花塞安裝在燃燒器內；所述的空氣流量計 的輸出端通過管路連接到所述的燃燒器的輸入端；所述的標準氣瓶、氣體閥門和電動流量 控制閥通過管路依次連接；所述的燃燒器的輸出端通過管路連接到所述的氣體混合器的輸 入端；所述電動流量控制閥的輸出端通過管路連接一個氣體噴嘴，所述的氣體噴嘴設置在 所述的氣體混合器的上游管路上；所述的氣體混合器的下游管路上依次設有溫度傳感器、 氣體傳感器、電動壓力調節閥、壓力傳感器和發動機排氣的后處理裝置；所述的控制主機與 所述的空氣流量計、溫度傳感器、氣體傳感器和壓力傳感器的輸出端相連。根據本發明，所述的氣體傳感器為氣體分析儀或NOx傳感器。本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺的風機可采用離心式、軸流式或斜 流式結構，不限定具體型式。本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺中標準氣瓶、氣體閥門和流量控制閥 的具體數量不限定，具體數量和標準氣瓶中標準氣種類可具體根據后處理裝置的需要設定。本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺中燃燒器中所使用的燃料可采用 柴油、汽油、乙醇等燃料。作為本發明的進一步改進，在氣體混合器下游設置一個冷卻器，用來冷卻經燃燒 器加熱后的混合氣體。所述的冷卻器可以是管殼式、管帶式或板式，同時也可以采用水冷方 式或空冷方式，當采用后者結構時，可通過一個旁通閥從風機下游管路中引出一條支路供 給冷卻器冷卻空氣。如果燃燒器燃燒溫度能夠通過燃料噴射來控制，那么也可以不采用冷 卻器，直接由燃料噴射來控制氣體溫度。本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺中的執行器(風機、流量閥、壓力 調節閥)均可采用手動裝置，并采用簡單的手動操作來實現。本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺管路采用304或304以上不銹鋼材 制作，以適應于不同后處理裝置的要求，尤其是尿素SCR系統。
圖1為采用風冷的模擬發動機排氣的試驗臺用于柴油機尿素SCR后處理裝置示意圖。圖2為采用風冷模擬發動機排氣的試驗臺用于汽油機后處理裝置三效催化器示 意圖。圖3為采用水冷的模擬發動機排氣的試驗臺用于柴油機尿素SCR后處理裝置示意 圖。圖4為無冷卻器模擬發動機排氣的試驗臺用于柴油機尿素SCR后處理裝置示意 圖。圖5為發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺控制結構示意圖。圖中，空氣濾清器-1，風機-2，旁通閥-3，空氣流量計-4，燃料箱-5，燃料泵_6，燃 料噴嘴-7，火花塞_8，燃燒器-9，標準氣瓶-10，氣體閥門-11，電動流量控制閥-12，氣體噴 嘴-13，氣體混合器-14，冷卻器-15，空氣出口 -16，溫度傳感器-17，氣體傳感器-18，電動 壓力調節閥-19，壓力傳感器-20，混合器-21，尿素噴嘴-22，SCR催化轉化器-23，發動機排 氣的后處理裝置的排氣通道-24，管路-25，控制主機-26，后處理裝置三效催化器-27，控制 主機的傳感器輸入端-28，控制主機的執行器輸出端-29，冷卻器的出水口 -30，冷卻器的進 水口 -31。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式
，例如各結構的 形狀、構造以及各部分之間的相互位置關系及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進 一步的詳細的說明。本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺通過對氣體流量、溫度、壓力、主要 氣體成分的控制模擬了真實發動機排氣狀況，為后處理裝置提供和發動機排氣相同狀態的 氣體進行相關性能和可靠性試驗。圖1為本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺應用于柴油機尿素SCR后處 理裝置的示意圖。參照圖1，本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺包括5個子系統 組成流量控制系統、溫度控制系統、主要氣體成分控制系統、壓力控制系統以及控制主機， 所述的5個子系統及其管路25共同構成了模擬發動機排氣的后處理裝置試驗臺。所述的流量控制系統由空氣濾清器1、風機2和空氣流量計4組成，通過空氣流量 計4的數值實時調整風機2的轉速，使得試驗臺管道中氣體流量與發動機穩態下某工況流 量一致。所述的溫度控制系統由燃料箱5、燃料泵6、燃料噴嘴7、火花塞8、燃燒器9、旁通閥 3、冷卻器15和溫度傳感器17組成，通過火花塞8點燃噴入燃燒器9中的燃料燃燒產生高 溫氣體，溫度傳感器17測得的實時溫度數值來控制旁通閥3、燃料噴嘴7和火花塞8，當燃 燒得到的高溫氣體溫度過高時適度打開旁通閥3給冷卻器中通入低溫空氣使得試驗臺氣 體溫度降低到合適溫度，當溫度過低時控制噴嘴7多噴，火花塞8點燃更多的燃料燃燒形成 更高溫度的氣體。所述的主要氣體成分控制系統由標準氣瓶10、氣體閥門11、電動流量控制閥12、 氣體噴嘴13、氣體混合器14、氣體傳感器(NOx傳感器)18組成，根據實測主要氣體成分NOx 濃度、排氣流量和發動機對應工況下主要氣體NOx濃度數值，控制電動流量控制閥12使得
6標準氣體經過氣體噴嘴-13進入試驗臺排氣管內，形成對應濃度的NOx氣體，然后通過氣體 混合器14使得主要氣體NOx在排氣管中均勻分布。所述的壓力控制系統由電動壓力調節閥19和壓力傳感器20組成，通過壓力傳感 器20反饋的壓力數據實時調整壓力調節閥19，使得試驗臺提供給柴油機尿素SCR后處理裝 置(包含混合器21、尿素噴嘴22、SCR催化轉化器23)的氣體壓力與發動機對應工況排氣 背壓相同。所述的控制主機沈主要是接收、處理各個傳感器的信息，進行控制運算，最終驅 動各個執行器進行流量、溫度、壓力、主要氣體成分的控制。具體來說，所述的空氣濾清器1、風機2和空氣流量計3通過管路依次連接；所述 的標準氣瓶10、氣體閥門11和電動流量控制閥12通過管路依次連接；所述的燃料箱5、燃 料泵6和燃料噴嘴7依次連接，噴嘴7和火花塞8安裝在燃燒器9內；所述的空氣流量計4 的輸出端通過管路連接到所述的燃燒器9的輸入端；所述電動流量控制閥6的輸出端通過 管路連接一個氣體噴嘴7，所述的氣體噴嘴7設置在所述的氣體混合器8的上游管路上；所 述的氣體混合器8的輸出端通過管路依次連接冷卻器15、電動壓力調節閥19和發動機排氣 的后處理裝置；所述的溫度傳感器17和氣體傳感器18設置在冷卻器15的下游管路上，所 述的壓力傳感器20設置在電動壓力調節閥19的下游管路上，所述的控制主機沈與所述的 空氣流量計4、溫度傳感器17、氣體傳感器18和壓力傳感器20的輸出端相連。所述的旁通 閥3設置在風機2的下游，并通過管路連接到冷卻器15的冷卻風進風口。通過本發明的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺提供的模擬發動機排氣就可 以對目標后處理裝置——柴油機尿素SCR后處理裝置(包含混合器21、尿素噴嘴22、SCR催 化轉化器2 進行包含SCR系統NOx轉化效率、SCR催化轉化器產生的壓降、混合器結構優 化、噴嘴結構優化、排氣管路優化等性能試驗以及高低溫熱循環、結合振動臺的熱振動等可 靠性試驗研究。參照圖2，將標準氣瓶4中的標準氣體換成HC、CO和NOx，即可為汽油機后處理裝 置三效催化器21提供含有主要氣體成分HC、C0和NOx的模擬發動機排氣，進行汽油機后處 理裝置三效催化器27的相關性能和可靠性試驗。參照圖3，本發明的另一種實施方式。與圖1實施方式不同之處在于所述的冷卻器 15采用水冷式結構，無須采用旁通閥。其余結構與圖1實施方式完全相同。參照圖4，本發明的再一種實施方式。與圖1實施方式不同之處在于不設置冷卻器 15。此時，燃燒器燃燒溫度通過燃料噴射來進行控制。其余結構與圖1實施方式完全相同。圖5為發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺控制結構示意圖。參照圖3，本發明 的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺控制是由采集各個傳感器(空氣流量計4、溫度傳 感器17、N0x傳感器18、壓力傳感器20信號，然后進行信號處理，由控制主機來進行數據處 理，然后驅動各個執行器完成氣體流量、溫度、壓力、主要氣體成分的控制。上述結合附圖對本發明進行了示例性的描述，但本發明的具體實現并不受上述方 式的限制。只要采用了本發明的構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進 將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，包括流量控制系統、溫度控制系統、主要 氣體成分控制系統、壓力控制系統以及控制主機5個子系統，其特征在于所述的5個子系統 通過管路連接，其中所述的流量控制系統包括空氣濾清器(1)、風機(2)和空氣流量計(4)，通過空氣流量 計(4)的數值實時調整風機(2)的轉速，使得試驗臺管道中氣體流量與發動機穩態下某工況流量一致；所述的溫度控制系統包括氣體加熱裝置(15)和溫度傳感器(17)，通過溫度傳感器 (17)測得的實時溫度數值來控制氣體加熱裝置(15)的加熱狀態從而控制試驗臺管道中氣 體的溫度；所述的主要氣體成分控制系統包括標準氣瓶(10)、氣體閥門(11)、電動流量控制閥 (12)、氣體混合器(14)和氣體傳感器(18)，根據實測主要氣體成分濃度、排氣流量和發動 機對應工況下主要氣體濃度數值，控制電動流量控制閥(12)使得試驗臺排氣管內形成對 應濃度的氣體成分，然后通過氣體混合器使得主要氣體在排氣管中均勻分布；所述的壓力控制系統包括電動壓力調節閥(19)和壓力傳感器(20)，通過壓力傳感器 (20)反饋的壓力數據實時調整壓力調節閥(19)，使得試驗臺提供給后處理裝置的氣體壓 力與發動機對應工況排氣背壓相同；所述的控制主機用于接收、處理各個傳感器的信息，進行控制運算，最終驅動各個執行 器進行流量、溫度、壓力、主要氣體成分的控制。
2.如權利要求1所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的氣體 傳感器為氣體分析儀或NOx傳感器。
3.如權利要求1所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的風機 采用離心式、軸流式或斜流式結構。
4.如權利要求1所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的標準 氣瓶(10)、氣體閥門(11)和流量控制閥(12)的具體數量不限定，具體數量和標準氣瓶中標 準氣種類可具體根據后處理裝置的需要設定。
5.如權利要求1所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的燃燒 器(9)中所使用的燃料為柴油、汽油或乙醇。
6.如權利要求1-5任何一項所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于 所述的氣體加熱裝置包括燃燒器(9)、燃料箱(5)、燃料泵(6)、燃料噴嘴(7)和火花塞(8)。
7.如權利要求6所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的空氣 濾清器(1)、風機(2)和空氣流量計(4)通過管路(25)依次連接；所述的燃料箱(5)、燃料泵 (6)和燃料噴嘴(7)依次連接，噴嘴(7)和火花塞⑶安裝在燃燒器(9)內；所述的空氣流 量計⑷的輸出端通過管路連接到所述的燃燒器(9)的輸入端；所述的標準氣瓶(10)、氣 體閥門(11)和電動流量控制閥(12)通過管路依次連接；所述的燃燒器(9)的輸出端通過 管路連接到所述的氣體混合器(14)的輸入端；所述電動流量控制閥(12)的輸出端通過管 路連接一個氣體噴嘴(13)，所述的氣體噴嘴(13)設置在所述的氣體混合器(14)的上游管 路上；所述的氣體混合器(14)的下游管路上依次設有溫度傳感器(17)、氣體傳感器(18)、 電動壓力調節閥(19)、壓力傳感器(20)和發動機排氣的后處理裝置；所述的控制主機(26) 與所述的空氣流量計(4)、溫度傳感器(17)、氣體傳感器(18)和壓力傳感器(20)的輸出端相連。
8.如權利要求7所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于在所述的氣 體混合器(14)下游設置一個冷卻器(15)。
9.如權利要求8所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的冷卻 器(15)是管殼式、管帶式或板式結構。
10.如權利要求8所述的發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，其特征在于所述的冷 卻器(15)采用水冷方式或空冷方式。
全文摘要
本發明公開了一種用于發動機排氣后處理裝置的模擬試驗臺，包括流量控制系統、溫度控制系統、主要氣體成分控制系統、壓力控制系統以及控制主機，所述的5個子系統和管路共同構成了模擬發動機排氣的后處理裝置試驗臺。本發明通過所述5個子系統控制調節進入后處理裝置的氣體流量、溫度、壓力和主要氣體成分，模擬發動機穩態工況時排氣狀況，從而實現后處理裝置相關的性能和可靠性試驗。本發明通過對氣體流量、溫度、壓力、主要氣體成分的控制模擬了真實發動機排氣狀況，能夠為后處理裝置提供和發動機排氣相同狀態的氣體進行相關性能和可靠性試驗。同時本發明具有投資少、方便制造、制造安裝周期短、見效快、運行能耗和成本低、簡便實用等優點。
文檔編號G01M15/04GK102095587SQ20101059486
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者帥石金, 趙彥光, 陸國棟, 陳鎮 申請人:杭州銀輪科技有限公司, 浙江銀輪機械股份有限公司