CN105422231B - 一种离线的多工位通用型scr***耐久试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置及方法，该装置不依赖于发动机台架，设置十个SCR***工位，适用于由气助式尿素泵和非气助式两种类型的SCR尿素喷射***,并能够实现稳态测试、自定义瞬态测试、以及耐久循环测试，同时可以实现模拟SCR***充液、建压、喷射、吹扫、停止过程。本发明可以避免发动机台架测试消耗的大力人力物力，而且喷射出的尿素经透明亚克力管及集液横管收集，重新流回吸液竖管，因此可以避免将尿素直接拍向大气，污染环境，并可对尿素重复利用，节约资源，降低试验成本。

Description

一种离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置及方法

技术领域

本发明涉及机械性能测试技术领域，特别涉及一种离线的多工位通用型SCR***耐久实验测试装置。

背景技术

柴油机具有高的热效率、低的油耗和CO2排放，在车用动力中占有的比例逐年上升。与此同时，颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)成为柴油机排放物中主要有害物质。针对重型柴油车国Ⅳ和国Ⅴ排放法规，从机内降低PM排放、而从机外转化NOx排放是一种符合中国国情、具有可持续发展的技术路线。选择催化还原(SCR)技术是目前降低柴油机NOx排放最有效的后处理技术之一，采用SCR技术可以使发动机在满足严格排放法规的同时，仍具有较高的动力性和经济性。在目前研究开发中的柴油机NOx后处理方法中，以尿素水溶液为还原剂的选择性催化还原技术(Urea-SCR)最为成熟，它能在柴油机排气富O₂且流量、温度和组分多变的反应环境下有效降低NOx排放。

柴油机所匹配的SCR***在使用过程中的喷***度会随着时间的增长而降低，其工作可靠性也会降低，会出现喷嘴阻塞、尿素泵阻塞等故障。因此在SCR尿素喷射***的开发阶段,需要对其进行性能测试、精度测试、耐久考核以及优化标定等大量的试验工作,这些工作最初都是在发动机运转的情况下进行的，即消耗大量人力物力，而且由此产生的排放对环境有害。实际测试中,需对SCR尿素喷射***进行瞬态测试,如欧洲瞬态试验循环、世界统一的瞬态测试循环等。在现有技术中,为了节约能源,这些工作可以进行离线测试。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种离线的多工位通用型SCR尿素喷射***测试方法及装置。该装置不依赖于发动机台架，设置十个SCR***工位，适用于由气助式尿素泵和非气助式两种类型的SCR尿素喷射***。本装置通过Labview编写上位机软件，SCR***需求的喷射量通过在电子表格中进行编辑，在上位机程序运行时读入程序中，并以CAN报文的形式发送给各个尿素泵或自主DCU，通过在电子表格中编辑给定的尿素喷射量即可实现SCR***稳态测试、自定义瞬态测试、以及耐久循环测试。同时上位机软件通过解析尿素泵或者DCU返回的报文可以实时显示SCR***反馈的“充液”、“建压”、“喷射”、“吹扫”、“停止”等工作状态过程。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，包括一个试验架，在所述的试验架上设有多个供液装置，每个供液装置与一个尿素泵相连，每个尿素泵加压后的液体通过喷射管供给喷嘴进行喷射，且喷射出的液体经可视化喷管及集液横管收集，重新流回供液装置；所述的尿素泵与压缩空气供应***相连，且每个尿素泵由一个单独的控制器控制，各个控制器与同一个上位机相连。

进一步的，所述的供液装置包括多个吸液竖井和为吸液竖井供应尿素的尿素箱，所述的各个吸液竖井之间通过横管形成连通器，每个吸液竖井通过吸液管与一个尿素泵的吸液口相连，且尿素泵的出液口通过喷射管与喷嘴相连，回液口通过回液管与吸液竖井相连。

进一步的，在所述各吸液管和回液管上串接流量计。

进一步的，所述的横管上安装有排液阀。

进一步的，每个喷嘴安装工位通过对应的亚克力法兰盘与可视化喷管连接，各法兰盘预留有多个安装螺孔，使得每个安装工位适用于不同种类喷嘴的安装。

进一步的，所述的控制器为一个单片机，所述的单片机与上位机通讯，所述的上位机上用于定义给定喷射量、稳态测试、自定义瞬态测试、以及耐久循环测试并且显示各尿素泵的接入状态、工作状态、数据反馈、故障信息并进行数据保存；

进一步的，所述的上位机定义的参数发送给单片机，单片机将接收的信号发送到尿素泵或者发送到DCU驱动尿素泵，同时将尿素泵反馈的信号转化为串口数据发送给上位机用于解析并显示。

进一步的，所述的压缩空气供应***包括相连的储气筒和空气压缩机，所述的储气筒通过多个管道为尿素泵供气。

进一步的，所述的试验架包括自下而上分为六层：

第一层为台架的支撑结构，安装四个承重滚轮，其中两个为转向轮，便于试验台架的移动；

第二层左侧为电源模块和试验台总供电模块，中间为储气筒，右侧为空气压缩机头；

第三层为试验台的供液装置；

第四层为尿素喷射装置及可视化模块，试验台前端为进回液流量计以及压力表；

第五层为尿素泵安装工位，前后各五个，每个工位的安装板通过活页与试验台架相连，向外可以打开60度角左右；

第六层为试验台的线束模块，来自左面板上的通讯、诊断线束和电源线束经过线束横管进入最上方的五个接线盒，每个接线盒中有两排接线端子，分别对应每个尿素泵工位，接线端子另一侧接尿素泵的线束。

进一步的，本发明的试验方法如下：

步骤1准备工作

1-1将试验台正确停放到平坦地面并放下辅助支架；

1-2确认排液阀关闭后向尿素箱中加足量的尿素溶液；

1-3安装外接排气过滤器；

1-4.正确接入外部供电电源，并上电；

1-5将急停按钮复位；

1-6将待测尿素泵安装在试验台上，同时打开对应工位上方分线盒处按钮开关，正确连接有关管路及电气插头；

步骤2打开上位机及控制器，在上位机设置喷射参数，对尿素泵进行喷射试验，同时上位机通过解析尿素泵或者DCU返回的报文可以实时显示SCR***反馈的“充液”、“建压”、“喷射”、“吹扫”、“停止”等工作状态过程，具体如下：

2-1旋转钥匙锁钮，接通电源；此时电脑自动开机(已设置)，利用遥控器打开显示器；

2-2观察上位机的前控制面板下方电压与电流显示是否正常(精确值以下方电源显示窗为准)，开启压缩机使储气压力值达到设定值；

2-3运行上位机的控制程序，在打开控制程序之前应确保：

A、上位机与控制器之间相连的485总线线路正确可靠连接；

B、各控制显示仪均已上电且完成自检；

C、尿素泵气路接通，各尿素泵液路接通。

2-4运行控制程序并进入控制程序的控制界面。

2-5点击“喷射量文件路径”选择编辑好的喷射量数据；

2-6设定“喷射间隔”、“小循环次数”、“下电时间”。

2-7如果利用中循环次数控制循环结束，则设定“中循环数”，且“循环用时”设为0；如果利用循环用时控制循环结束，则设定“循环用时”,“中循环数”设为0。

2-8实验开始时，若钥匙开关显示为“断开”，连通钥匙开关。

2-9点击软件界面的运行程序，试验过程中通过软件界面监控试验信息；当设定的参数需要改动时，输入新数值完成更改。

步骤3实验结束

3-1关闭上位机的控制程序，退出程序，同时关闭对应工位上方按钮开关，气助泵工位要关闭对应压缩空气分配单向阀开关；

3-2关闭空气压缩机；

3-3关闭钥匙锁钮；

3-4关闭外接总电源；

3-5取下试验尿素泵，将相应管路插回预留位置；

3-6取下外接排气过滤器，清洗后放回相应存放位置，待用。

本发明的有益效果

1.本实验台不依赖与发动机台架即可对SCR***进行耐久测试，本实验台通过labview软件在上位机编写界面程序，与下位机进行485通讯，通过下位机直接向尿素泵发送CAN报文，或者向DCU发送CAN报文来驱动SCR***工作。因而，该试验台可以避免发动机台架测试消耗的大力人力物力，节约资源，减少排放，利用环保。

2.本实验台设置多个SCR***安装工位，各安装工位充分预留安装空间及安装结构，适用于不同品牌、不同类型的尿素泵、尿素喷嘴的安装及组合测试。

3.本实验台采用电控驱动SCR***，利用上位机自编写软件可以对各尿素泵的工作状态、数据反馈、故障信息实时显示并保存，同时能够实现稳态测试、自定义瞬态测试、以及耐久循环测试。本实验可以实现T15手动和程控上电和下电，实现模拟SCR***充液、建压、喷射、吹扫、停止过程。

4.本实验台所采用的尿素采用循环利用，尿素泵自吸液竖管吸入的尿素，经喷射管供给喷嘴进行喷射，喷射出的尿素经透明亚克力管及集液横管收集，重新流回吸液竖管，因此可以避免将尿素直接拍向大气，污染环境，并可对尿素重复利用，节约资源，降低试验成本。

附图说明

图1为试验台架三维示意图；

图2为试验台架硬件示意图；

图3为试验台架程控示意图；

其中1.防水接线盒，2.可视喷雾竖井，3.压力表，4.可视喷雾竖井，5.线束模块，6.吸液流量计，7.回液流量计，8.尿素泵，9.显示器，10.***设备，11.键盘，12.集液横管，13.尿素传感器总成，14.吸液竖井，15.尿素箱，16.横管，17.电源模块，18.储气筒，19.承重滚轮，20.空气压缩机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方案进一步说明。

一种离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，包括：SCR***、供液装置、喷雾装置、压缩空气供应***、电源及测控***五部分构成。

SCR***：本实验台可以安装十套SCR***，每个尿素泵8安装工位可以配置相对应不同尿素泵的安装板通过螺栓与台架上的活动板连接，活动板可以通过活页旋转，便于尿素泵上进液管、回液管、喷射管、气管的插拔。因此该试验台可以适用不同种类的尿素泵自由组合测试。每个喷嘴安装工位通过对应的亚克力法兰盘与可视化喷管连接，各法兰盘预留五个安装螺孔，因此每个安装工位适用于不同种类喷嘴的安装。

所述的供液装置包括多个吸液竖井14和为吸液竖井14供应尿素的尿素箱15，所述的各个吸液竖井14之间通过横管16形成连通器，每个吸液竖井14通过吸液管与一个尿素泵8的进液口相连，且尿素泵8的出液口通过喷射管与喷嘴相连，回液口通过回液管与吸液竖井相连。

在吸液竖井14上安装尿素传感器总成13，尿素传感器总成13的作用相当于吸液口以及回液口。

在所述各吸液管和回液管上串接吸液流量计6和回液流量计7。

所述的横管16上安装有排液阀。

每个喷嘴安装工位通过对应的亚克力法兰盘与可视化喷管连接，各法兰盘预留五个安装螺孔，使得每个安装工位适用于不同种类喷嘴的安装。

喷雾装置包括：集液横管12、可视喷雾竖井2和4、尿素泵空气压力表3、尿素泵流量计、压缩空气过滤器、压缩空气过滤器以及压缩空气分配管。

压缩空气供应***包括：三台静音无油空气压缩机20(145L/min/@8bar)，三个容积为30L的铝合金储气筒18以及相关管路。

电源及测控***：交流380V/6kW(三相五线)、直流DC24V/30A、10组写有相关程序的单片机、T15控制继电器、工控机及工业级液晶显示器、5组防水接线盒1、开关及指示灯。

试验台整体结构如图1所示：整个试验台分层布局，自下而上和细分六层。

第一层为台架的支撑结构，安装四个承重滚轮19，其中两个为转向轮，便于试验台架的移动；

第二层左侧为24V电源模块17和试验台总供电模块，中间为2个储气筒18(彼此相连)，右侧为3个空气压缩机20头(采用同一压力开关，可以同时启动和关闭)；

第三层为试验台的供液装置，包含吸液竖井14、横管16、尿素传感器总成13、尿素箱15和尿素管路；

第四层为尿素喷射及可视化模块，试验台前端为吸液流量计6、回液流量计7以及压力表3可以实时观测数据，该部分面板采用透明亚克力材质，由此可以观察到内部透明亚克力管中的尿素喷雾；

第五层为尿素泵8安装工位，前后各五个，每个工位的安装板通过活页与试验台架相连，向外可以打开60度角左右，便于尿素泵、吸液流量计6、回液流量计7以及气管的插拔，而且每个尿素泵8安装工位可以配置相对应不同尿素泵8的安装板通过螺栓与台架上的安装板连接，适用于不同品牌、不同类型的尿素泵、尿素喷嘴的安装及组合测试；

第六层为试验台的线束模块5，来自左面板上的通讯、诊断线束和电源线束经过线束横管进入最上方的五个接线盒，每个接线盒中有两排接线端子，分别对应每个尿素泵工位，接线端子另一侧接尿素泵的线束。

实验台气路和液路如图2所示：尿素自吸液竖井14经过吸液管被吸入尿素泵8建压，一部分尿素自回液管返回吸液竖井14，各吸液管和回液管上串接流量计，各吸液竖井14通过横管16形成连通器，经尿素泵加压之后的尿素经过喷射管输送到喷嘴进行喷射，喷射出的尿素经过透明亚克力管和集液横管收集后经尿素回流管路重新流向洗液竖井，由此往复循环；试验台供气有两种方式，如果测试地点有外部气源可以直接接入压缩空气分配横管，此时无需启动空气压缩机，如果测试地点无外部气源，此时需开启空气压缩机，压缩空气经滤清后存入储气筒，储气筒中的压缩空气经气体管路被输送到压缩空气分配横管，压缩空气横管上布置10组出气阀门对应于10个尿素泵工位，可选择是否为其提供压缩空气。

试验台控制模块如图3所示：包括一个上位机，在上位机上安装有显示器9、***设备10和键盘11，所述的***设备包括显示灯、空压机开关、总钥匙开关面板；

在上位机用Labview软件编写界面程序，用于定义给定喷射量、稳态测试、自定义瞬态测试、以及耐久循环测试并且显示各尿素泵的接入状态、工作状态、数据反馈、故障信息并进行数据保存。上位机定义的参数通过485通讯发送给10块单片机，单片机将485串口数据转化为CAN信号发送到气助式尿素泵或者发送到自制DCU用于驱动尿素泵，同时将尿素泵反馈的CAN信号转化为串口数据发送给上位机用于解析并显示。同时每一块单片机上用一路GPIO口作为T15电路板上的继电器驱动，当GPIO口输出高电平时，继电器断开，停止对尿素泵T15供电。

本发明的使用方法如下：

步骤1准备工作

1-2将试验台正确停放到平坦地面并放下辅助支架；

1-2确认排液阀关闭后向尿素箱中加足量的尿素溶液；

1-3安装外接排气过滤器；

1-4.正确接入外部供电电源，并上电；

1-5将急停按钮复位；

1-6将待测尿素泵安装在试验台上，同时打开对应工位上方分线盒处按钮开关，正确连接有关管路及电气插头；

步骤2打开上位机及控制器，在上位机设置喷射参数，对尿素泵进行喷射试验，同时上位机通过解析尿素泵或者DCU返回的报文可以实时显示SCR***反馈的“充液”、“建压”、“喷射”、“吹扫”、“停止”等工作状态过程，具体如下：

2-1旋转钥匙锁钮，接通电源；此时电脑自动开机(已设置)，利用遥控器打开显示器；

2-2观察上位机的前控制面板下方电压与电流显示是否正常(精确值以下方电源显示窗为准)，开启压缩机使储气压力值达到设定值；

2-3运行上位机的控制程序，在打开控制程序之前应确保：

A、上位机与控制器之间相连的485总线线路正确可靠连接；

C、各控制显示仪均已上电且完成自检；

C、尿素泵气路接通，各尿素泵液路接通。

2-4运行控制程序并进入控制程序的控制界面。

2-5点击“喷射量文件路径”选择编辑好的喷射量数据；

2-6设定“喷射间隔”、“小循环次数”、“下电时间”。

2-7如果利用中循环次数控制循环结束，则设定“中循环数”，且“循环用时”设为0；如果利用循环用时控制循环结束，则设定“循环用时”,“中循环数”设为0。

2-8实验开始时，若钥匙开关显示为“断开”，连通钥匙开关。

2-9点击软件界面的运行程序，试验过程中通过软件界面监控试验信息；当设定的参数需要改动时，输入新数值完成更改。

步骤3实验结束

3-1关闭上位机的控制程序，退出程序，同时关闭对应工位上方按钮开关，气助泵工位要关闭对应压缩空气分配单向阀开关；

3-2关闭空气压缩机；

3-3关闭钥匙锁钮；

3-4关闭外接总电源；

3-5取下试验尿素泵，将相应管路插回预留位置；

3-6取下外接排气过滤器，清洗后放回相应存放位置，待用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，包括一个试验架，在所述的试验架上设有多个供液装置，每个供液装置与一个尿素泵相连，每个尿素泵加压后的液体通过喷射管供给喷嘴进行喷射，且喷射出的液体经可视化喷管及集液横管收集，重新流回供液装置；所述的尿素泵与压缩空气供应***相连，且每个尿素泵由一个单独的控制器控制，各个控制器与同一个上位机相连。

2.如权利要求1所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，所述的供液装置包括多个吸液竖井和为吸液竖井供应尿素的尿素箱，所述的各个吸液竖井之间通过横管形成连通器，每个吸液竖井通过吸液管与一个尿素泵的吸液口相连，且尿素泵的出液口通过喷射管与喷嘴相连，回液口通过回液管与吸液竖井相连。

3.如权利要求2所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，在所述各吸液管和回液管上串接流量计。

4.如权利要求2所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，每个喷嘴安装工位通过对应的亚克力法兰盘与可视化喷管连接，各法兰盘预留多个安装螺孔，使得每个安装工位适用于不同种类喷嘴的安装。

5.如权利要求1所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，所述的控制器为一个单片机，所述的单片机与上位机通讯，所述的上位机上用于定义给定喷射量、稳态测试、自定义瞬态测试、以及耐久循环测试并且显示各尿素泵的接入状态、工作状态、数据反馈、故障信息并进行数据保存。

6.如权利要求5所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，所述的上位机定义的参数发送给单片机，单片机将接收的信号发送到尿素泵或者发送到DCU驱动尿素泵，同时将尿素泵反馈的信号转化为串口数据发送给上位机用于解析并显示。

7.如权利要求1所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，所述的压缩空气供应***包括相连的储气筒和空气压缩机，所述的储气筒通过多个管道为尿素泵供气。

8.如权利要求1所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置，其特征在于，所述的试验架包括自下而上分为六层；

第一层为台架的支撑结构，安装四个承重滚轮，其中两个为转向轮；

第二层左侧为电源模块和试验台总供电模块，中间为储气筒，右侧为空气压缩机头；

第三层为试验台的供液装置；

第四层为尿素喷射及可视化模块，试验台前端为吸、回液流量计以及压力表；

第五层为尿素泵安装工位；

第六层为试验台的线束模块。

9.如权利要求1所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1安装整个试验台架；

步骤2打开上位机及控制器，在上位机设置喷射参数，对尿素泵进行喷射试验，同时上位机通过解析尿素泵或者DCU返回的报文实时显示SCR***反馈的“充液”、“建压”、“喷射”、“吹扫”、“停止”工作状态过程；

步骤3试验结束后，关闭上位机，尿素泵工位要关闭对应压缩空气分配单向阀开关；关闭空气压缩机；关闭外接总电源；取下试验尿素泵，将相应管路插回预留位置；取下外接排气过滤器，清洗后放回相应存放位置，待用。

10.如权利要求1所述的离线的多工位通用型SCR***耐久试验装置的试验方法，其特征在于，步骤1如下：

1-3将试验台正确停放到平坦地面并放下辅助支架；

1-2确认排液阀关闭后向尿素箱中加足量的尿素溶液；

1-3安装外接排气过滤器；

1-4.正确接入外部供电电源，并上电；

1-5将急停按钮复位；

1-6将待测尿素泵安装在试验台上，同时打开对应工位上方分线盒处按钮开关，正确连接有关管路及电气插头。