CN102331481B - 多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，包括供气装置、配气装置、温控装置、测试腔、尾气处理装置、水蒸汽装置和测控装置，所述的供气装置、配气装置、温控装置、测试腔、尾气处理装置通过管道依次连接，所述的测控装置分别与配气装置、温控装置连接，所述的水蒸汽装置与温控装置连接。与现有技术相比，本发明具有尾气控制精度高、气体响应速度快、温度设定可控和测试功能多样、测试效率高等优点。

Description

多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***

技术领域

本发明涉及一种氧传感器性能测试***，尤其是涉及一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***。

背景技术

随着汽车工业飞速发展，汽车尾气造成的污染问题已经引起了全世界的关注，世界各国都制订了越来越严厉的尾气排放标准来控制环境污染。而在汽车燃油发动机内，由于燃料混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，随之产生更多尾气污染。故在排气管中安装氧传感器，实现对汽车空燃比的精确控制十分必要。氧传感器性能的优劣直接影响了发动机性能和燃油经济性，更会损坏三元催化转换器。因而开放更为高效、可靠的氧传感器测试***势在必行。

目前测试氧传感器的性能装置主要分为两类。一种方式是使用汽车或发动机台架产生尾气直接用于氧传感器测试平台。测试过程中，尾气的变换控制难度较大，又涉及到ECU和发动机的匹配等难题，结构比较复杂，成本较高。另外一种方式是通常采用气体燃烧的方式制造尾气，并导入测试腔体来模拟尾气环境，成本低廉，但与真实的汽车尾气环境相差甚远。综合这些设计均存在下问题：

1、尾气成分控制精度严重不足，所产生的尾气中各种成分浓度很难确定。即使通过气体分析仪得到相应尾气成分及其浓度，也很难根据实际需求进行精密控制；

2、尾气温度无法精确控制。发动机工作以及燃烧等方式是一个急剧的放热反应，浓燃和稀燃状态下反应放热量不一致，因而在实际测试过程中较难稳定传感器的工作环境温度，也就无法对传感器性能做出一个精确的评估。

3、参与燃烧反应的氧气来源于空气，而空气中的氧含量随着时间和场地的变化而变化的，使得通过流量计算出来的空燃比存在误差，更使尾气氧含量控制精度进一步降低；

4、现有专利文献公开的相关氧传感器性能测试***设计中，对与尾气lambda值的控制均相对不足，仅仅是浓燃和稀燃两种状态。

5、现有专利文献公开的相关氧传感器性能测试装置，其在测试功能上相对单一，无法完成单一气体对氧传感器性能影响的测试，更无法进行欧美标准的特殊测试。

综上，现有专利文献公开的相关氧传感器性能测试装置在结构设计和功能设计上均已不能满足更为严格的氧传感器性能测试标准需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空燃比的精确控制、测试效率高的多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，包括供气装置、配气装置、温控装置、测试腔、尾气处理装置、水蒸汽装置和测控装置，所述的供气装置、配气装置、温控装置、测试腔、尾气处理装置通过管道依次连接，所述的测控装置分别与配气装置、温控装置连接，所述的水蒸汽装置与温控装置连接。

所述的供气装置包括供气瓶、第一截止阀、过滤器、一级调压阀、二级调压阀、第二截止阀、压力表，所述的供气瓶、第一截止阀、过滤器、一级调压阀、二级调压阀、第二截止阀通过管道依次连接，所述的压力表设有3个，分别设在过滤器与一级调压阀之间、一级调压阀与二级调压阀之间、二级调压阀与第二截止阀之间。

所述的配气装置包括主气流管路、第一辅助气流管路和第二辅助气流管路，所述的主气流管路、第一辅助气流管路和第二辅助气流管路均包括质量流量计、安全阀、阻火器，所述的质量流量计、安全阀、阻火器依次连接，所述的第一辅助气流管路和第二辅助气流管路均还包括调节阀、三通切换阀门，所述的调节阀接在阻火器的输入端，所述的三通切换阀门接在阻火器的输出端，所述的第一辅助气流管路的输出管路、第二辅助气流管路的输出管路均在温控装置中与主气流管路的输出管路汇合。

所述的配气装置通过控制质量流量计来控制流量，通过同时控制第一辅助气流管路的三通切换阀门和第二辅助气流管路的三通切换阀门来实现同一时刻仅有一路辅助气流管路与主气流管路汇合。

所述的温控装置包括热流保温管、管道加热器、温度传感器和隔热保护层，所述的热流保温管沿途设有三级管道加热器和三个温度传感器，所述的温度传感器设在管道加热器上。

所述的测试腔设有用于安装待测氧传感器的氧气传感器接入口。

所述的尾气处理装置包括尾气管、冷却装置、碱液吸收瓶、高空排放管，所述的尾气管将尾气从测试腔引导冷却装置，经冷却后流至碱液吸收瓶，其后经高空排放管后排入大气。

所述的水蒸汽装置包括水蒸汽发生器、蒸汽稳压阀、质量流量计、截止阀；水蒸汽由水蒸汽发生器产生经过蒸汽稳压阀稳压和质量流量计流量控制后接入温控装置的热流保温管中。

所述的测控装置包括工作站、远程控制终端、信号输出输入模块，所述的远程控制终端通过网络控制工作站，所述的工作站通过信号输出输入模块控制配气装置、温控装置。

所述的供气装置所供气体共有七种，分别为CO、H₂、O₂、N₂、C₃H₆、NO和CO₂，所有的气体均通过质量流量计、截止阀流入主气流管路中，所述的CO、H₂通过质量流量计、调压阀流入第一辅助气流管路，所述的O₂通过质量流量计、调压阀流入第二辅助气流管路，所述的N₂分别通过质量流量计、截止阀流入第一辅助气流管路和第二辅助气流管路中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、空燃比的精确控制。该测试***是根据不同lambda值下混合气体的浓度，依靠质量流量计进行精确配比，因而可以得到目标lambda值条件下的尾气。质量流量计的精度更是直接决定了空燃比的精确控制。

2、由于采用了高精度的数字流量计，通过控制装置的控制信号，可以快速地调整各气体流量，使得尾气中的氧含量方便快捷地达到设定值，提高氧传感器测试效率。

3、测试***的多功能性。由于实现了lambda值从0.95到1.05之间的平稳变换，该***除了能做常规的氧传感器响应信号检测，还能做如H₂、CO等滴定性试验以及动态和静态lambda值的测试，具有更为丰富测试手段。

4、稳定精确的测试温度。采用电加热对尾气进行强制升温和保温，可以使其达到所需设定的测试温度点，从而减小外界温度变化对传感器信号带来的影响。

5、配气过程中没有外界大气的参与，也就回避了不同空气杂质成分带来的控制误差。

6、测试实验过程中会用到多种有毒、易爆气体，因而测控装置的远程操控能力能够及时有效的保护实验人员，远离危险现场。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的供气装置结构示意图；

图3为本发明的气流管路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、图2、图3所示，本发明主要包括供气装置1、配气装置2、温控装置6、测试腔7，尾气处理装置9、测控装置13和水蒸汽装置8；其中供气装置1、配气装置2、温控装置6、测试腔7和尾气处理装置9通过管道依次连接，测控装置13通过信号输入输出模块10控制配气装置2和温控装置6；水蒸汽装置8是在温控装置6后作为支路接入。由供气瓶G、第一截止阀V₁、过滤器F、第一压力表P₁、一级减压阀R₁、第二压力表P₂、二级加压阀R₂、第三压力表P₃和第二截止阀V₂构成供气装置1；由第二辅助气流管路4、第一辅助气流管路5和主气流管路3构成配气装置2，其中第二辅助气流管路4和第一辅助气流管路5均由质量流量计14、截止阀15、阻火器16、三通切换阀17和调压阀18组成；主气流管路3由质量流量计14、截止阀15和阻火器16组成，与温控装置6直接相连；由一级加热器19、一级温度传感器31、二级加热器20、二级温度传感器32、三级加热器21、三级温度传感器33和热流保温管30组成温控装置6，其后紧跟测试腔7以及安装在测试腔7上的待测氧传感器22；由碱液吸收瓶24、冷却装置34和高空排放管25构成尾气处理装置9；由信号输入输出模块10、工作站11和远程控制终端12构成测控装置13。单一气体由供气瓶G起通过第一截止阀V₁和一级减压阀R₁后压强大幅度下降，再由不锈钢管29远距离输送至二级减压阀R₂后进一步降压，并经第二截止阀V₂后连接入配气装置2，其中压力变化由第一压力表P₁、第二压力表P₂和第三压力表P₃监测显示。

进入配气装置2后各单一气体由质量流量计13调配汇合成混合气体，其空燃比的控制由测控装置13协调各质量流量计14实现。主气流管路3将分流绝大部分气流，而第一辅助气流管路5和第二辅助气流管路4将协调主气流管路3工作，其中第一辅助气流管路5汇合主气流管路3构成浓燃气流，而第二辅助气流管路4汇合主气流管路3构成将产生稀燃气流。三通切换阀17在测控装置13协调下同步动作，保证同一时刻仅有一路辅助气流管路与主气流管路3汇合，而另外一路通入尾气处理***9。调压阀18协调各气流管路之间的压强。

混合气体再经过温控装置6升至测试温度。在测控装置13协调下，由一级管道加热器19和一级温度传感器31构成的一级加热体系将混合气体升温至120℃，再由二级管道加热器20和二级温度传感器32构成的二级加热体系将混合气体升至测试温度，而三级管道加热器21和三级温度传感器33构成的三级加热体系将对混合气体进行保温处理。其后混合气体将直接通入测试腔7。装在测试腔7上的待测氧传感器22对气流产生反应，其所输出的电压信号由测控装置13负责记录与分析。

水蒸汽由蒸汽发生器26产生后经过稳压阀27后保持平稳蒸汽压力，再经过质量流量计14流量调配后在温控装置6中与混合气流汇合。第四压力表28用于表征稳定后的蒸汽压强。

由测控装置13的输入输出模块10负责协调各设备与工作站11之间的联系，由工作11进行相关数据的分析、显示、存储；远程控制终端12向工作站11发布测试命令以及对测试数据进行查询调用。

高温混合气在尾气处理装置9中通过降温装置34后冷却，再进入碱液吸收瓶24除去酸性有害气体，最后经高空排放管25排入大气。

所需的气体气瓶G共有7个，分别装有CO、H₂、O₂、N₂、C₃H₆、NO和CO₂气体。

Lambda是一个用来表征汽车尾气的常用数据，而根据理论计算和实际检测可以得到不同lambda值下的尾气成分比。本发明是以配气方式来实现尾气产生的综合性测试***，其设计是使用高精度的质量流量计来实现各尾气成分的精确控制，准确模拟所需的尾气环境，从而实现lambda值的控制，检测氧传感器的输出性能。

Claims (6)

1.一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，包括供气装置、配气装置、温控装置、测试腔、尾气处理装置、水蒸汽装置和测控装置，所述的供气装置、配气装置、温控装置、测试腔、尾气处理装置通过管道依次连接，所述的测控装置分别与配气装置、温控装置连接，所述的水蒸汽装置与温控装置连接；

所述的配气装置通过控制质量流量计来控制流量，通过同时控制第一辅助气流管路的三通切换阀门和第二辅助气流管路的三通切换阀门来实现同一时刻仅有一路辅助气流管路与主气流管路汇合；

所述的温控装置包括热流保温管、管道加热器、温度传感器和隔热保护层，所述的热流保温管沿途设有三级管道加热器和三个温度传感器，所述的温度传感器设在管道加热器上；

所述的供气装置包括供气瓶、第一截止阀、过滤器、一级调压阀、二级调压阀、第二截止阀、压力表，所述的供气瓶、第一截止阀、过滤器、一级调压阀、二级调压阀、第二截止阀通过管道依次连接，所述的压力表设有3个，分别设在过滤器与一级调压阀之间、一级调压阀与二级调压阀之间、二级调压阀与第二截止阀之间；

所述的配气装置包括主气流管路、第一辅助气流管路和第二辅助气流管路，所述的主气流管路、第一辅助气流管路和第二辅助气流管路均包括质量流量计、安全阀、阻火器，所述的质量流量计、安全阀、阻火器依次连接，所述的第一辅助气流管路和第二辅助气流管路均还包括调节阀、三通切换阀门，所述的调节阀接在阻火器的输入端，所述的三通切换阀门接在阻火器的输出端，所述的第一辅助气流管路的输出管路、第二辅助气流管路的输出管路均在温控装置中与主气流管路的输出管路汇合。

2.根据权利要求1所述的一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，所述的测试腔设有用于安装待测氧传感器的氧气传感器接入口。

3.根据权利要求1所述的一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，所述的尾气处理装置包括尾气管、冷却装置、碱液吸收瓶、高空排放管，所述的尾气管将尾气从测试腔引导冷却装置，经冷却后流至碱液吸收瓶，其后经高空排放管后排入大气。

4.根据权利要求1所述的一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，所述的水蒸汽装置包括水蒸汽发生器、蒸汽稳压阀、质量流量计、截止阀；水蒸汽由水蒸汽发生器产生经过蒸汽稳压阀稳压和质量流量计流量控制后接入温控装置的热流保温管中。

5.根据权利要求1所述的一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，所述的测控装置包括工作站、远程控制终端、信号输出输入模块，所述的远程控制终端通过网络控制工作站，所述的工作站通过信号输出输入模块控制配气装置、温控装置。

6.根据权利要求1所述的一种多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试***，其特征在于，所述的供气装置所供气体共有七种，分别为CO、H₂、O₂、N₂、C₃H₆、NO和CO₂，所有的气体均通过质量流量计、截止阀流入主气流管路中，所述的CO、H₂通过质量流量计、调压阀流入第一辅助气流管路，所述的O₂通过质量流量计、调压阀流入第二辅助气流管路，所述的N₂分别通过质量流量计、截止阀流入第一辅助气流管路和第二辅助气流管路中。