发动机后处理设备的测试系统的制作方法

一种发动机后处理装置的测试系统，压缩机为空分机提供高压空气，空分机来的O2和N2流量分别进入O2稳压气罐、N2稳压气罐；盛装各种废气组份高压气瓶组由质量流量计控制流量，在混合腔内与O2和N2混合，形成不同组份比例的气体以模拟发动机废气；混合气体加热到设定的实验温度；加热后的气体进入主体段对后处理装置中的载体进行测试；主体段的压降由压差传感器进行测量，其内部温度场变化由温度传感器进行测量；系统各信号的采集与控制通过数据采集卡、微电脑完成。本系统能准确模拟发动机各工况废气对载体进行测试，具有测试方便、测试结果重复性好的特点。

技术要求

1.一种发动机后处理装置的测试系统，包括，微电脑（25），与微电脑连接的数据采集卡（11），其特征是，空气压缩机（1）出口与空分机（26）连接，空分机的氧气出口和氮气出口分别与O2稳压气罐（2a）和N2稳压气罐（2b）连接，O2稳压气罐（2a）和N2稳压气罐（2b）的出口分别经安装有质量流量计（3a、3b）的管道与混气腔（4）连接；

CO2高压气瓶（14）、CO高压气瓶（15）、HC气体高压气瓶（16）、NO高压气瓶（17）和NO2高压气瓶（18）分别经安装有质量流量计（19、20、21、22、23）的管道与混气腔（4）连接；混气腔出口顺次与加热器（5）以及用作装入载体进行测试的主体段（8）连接，主体段出口接排空管（9）；加热器（5）出口设有反馈用温度传感器（6），O2稳压气罐（2a）和N2稳压气罐（2b）上分别设有压力传感器（10a、10b）；上述反馈用温度传感器（6）、压力传感器（10a、10b）以及上述所有质量流量计（3a、

3b、19、20、21、22、23）分别与所述数据采集卡（11）连接；

所述主体段（8）结构为：进气管焊接在大小头（8-2）的小头端部，大小头的大头端部与圆筒形的主体段壳体（8-3）前部经法兰连接，主体段壳体后端经螺栓连接有一个温度传感器安装法兰（8-8），主体段壳体后部上焊接有出气管，该出气管与主体段壳体垂直；进气管和出气管上均设置有气体取样口以及用作安装温度传感器的温度测口；位于主体段壳体内、两端开口的管状载体安装壳体（8-4）经法兰与主体段壳体连接；温度传感器安装法兰（8-8）上均布旋接有多个卡接套头（8-9），每个卡接套头设有一个载体温度传感器（8-10）；载体温度传感器（8-10）从卡接套头内孔伸入到载体（8-5）内部。

2.根据权利要求1所述的发动机后处理装置的测试系统，其特征是，还具有压差传感器（7），压差传感器与所述主体段（8）的进气管和出气管连接；压差传感器的信号输出端与所述数据采集卡（11）连接。

3.根据权利要求2所述的发动机后处理装置的测试系统，其特征是，所述所有质量流量计（3a、3b、19、20、21、22、23）均为热线式质量流量计。

4.根据权利要求3所述的发动机后处理装置的测试系统，其特征是，所述加热器（5）为轴流式热喷枪加热器。

5.根据权利要求4所述的发动机后处理装置的测试系统，其特征是，所述空气压缩机（1）的供电回路中设置有压缩机供电继电器（12），压缩机供电继电器（12）与所述微电

脑（25）连接。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的发动机后处理装置的测试系统，其特征是，所述加热器（5）的最高加热温度为700℃，加热器出口温度波动＜5℃。

7.根据权利要求6所述的发动机后处理装置的测试系统，其特征是，所述伸入载体（8-5）内部的载体温度传感器（8-10）为1～20个。

说明书

发动机后处理装置的测试系统

技术领域

本技术属于发动机废气后处理测试装置，具体涉及一种模拟发动机各种工况的废气，并采用发动机后处理装置的载体对该废气进行处理的测试系统。

背景技术

目前，节能减排已成为全球的热点主题，而汽车则是能源的消耗大户，因此，实现汽车的节能减排势在必行。各种先进发动机技术应用于汽车降低其燃油消耗率和污染物的排放；但仅靠控制缸内燃烧来实现发动机节能与减排已不能完全满足越来越严格的排放法规的要求，尤其是对其废气污染物的控制，将逐渐依赖于发动机的后处理技术。发动机的后处理装置有：汽油机用三元催化转化器（TWC），柴油机用氧化催化转化器（DOC）、氮氧化物吸附器（LNT）、颗粒物捕集器（DPF），等。这些后处理装置在进行性能测试和开发时通常需要将这些装置安装于发动机台架或整车上进行测试，试验工作量大，需要消耗大量的人力物力；尤其是对后处理装置进行长期耐久性试验时，其庞大的工作量和实验费用将给后处理装置的性能测试与开发带来较大的困难。因此，迫切需要开发一种能模拟发动机废气（各种流量、温度、气体成分）的系统，满足各种后处理装置性能测试的需求。

技术内容

本技术的目的是提供一种测试简单、经济，可以模拟发动机的各种排气工况，以对发动机后处理装置（如TWC、DOC、LNT和DPF等）载体进行性能测试的一种发动机后处理装置的测试系统。

本技术的目的是这样实现的：一种发动机后处理装置的测试系统，包括微电脑，与微电脑连接的数据采集卡，空气压缩机出口与空分机连接，空分机的氧气出口和氮气出口分别与O2稳压气罐和N2稳压气罐连接，O2稳压气罐和N2稳压气罐的出口分别经安装有质量流量计的管道与混气腔连接；CO2高压气瓶、CO高压气瓶、HC气体高压气瓶、NO高压气瓶和NO2高压气瓶分别经安装有质量流量计的管道与混气腔连接；混气腔出口顺次与加热器以及用作装入载体进行测试的主体段连接，主体段出口接排空管；加热器出口设有反馈用温度传感器，O2稳压气罐和N2稳压气罐上分别设有压力传感器；上述反馈用温度传感器、压力传感器以及上述所有质量流量计分别与所述数据采集卡连接。

上述主体段结构为：进气管焊接在大小头的小头端部，大小头的大头端部与圆筒形的主体段壳体前部经法兰连接，主体段壳体后端经螺栓连接有一个温度传感器安装法兰，主体段壳体后部上焊接有出气管，该出气管与主体段壳体垂直；进气管和出气管上均设置有气体取样口以及用作安装温度传感器的温度测口；位于主体段壳体内、两端开口的管状载体安装壳体经法兰与主体段壳体连接；温度传感器安装法兰上均布旋接有多个卡接套头，每个卡接套头设有一个载体温度传感器；载体温度传感器从卡接套头内孔伸入到载体内部。

还具有压差传感器，压差传感器与所述主体段的进气管和出气管连接；压差传感器的信号输出端与所述数据采集卡连接。

上述所有质量流量计均为热线式质量流量计。

上述加热器为轴流式热喷枪加热器。

上述空气压缩机的供电回路中设置有压缩机供电继电器，压缩机供电继电器与所述微电脑连接。

上述加热器出口设置有反馈用温度传感器，加热器的最高加热温度为700℃，加热器出口温度波动＜5℃。

上述伸入载体内部的载体温度传感器为1～20个。

本系统中，空气压缩机为空分机提供高压空气，将空气分离为O2和N2，并分别用质量流量计控制O2和N2流量；高压气瓶组（盛装各种废气组份）由质量流量计控制流量，与

O2和N2混合，形成不同组份比例的气体（模拟发动机废气）；混合后的气体进入加热器，将气体加热到设定的实验温度；高温气体进入安装后处理装置的主体段，对后处理装置中的载体进行测试；主体段的入口和出口开设有温度测口和样气取样口；后处理装置的压降由压差传感器进行测量，载体内部温度场变化由温度传感器进行测量；整个系统各部件的信号由一个数据采集卡完成，最终由微电脑来控制系统各部件工作并进行数据存储。

上述空气压缩机的排气压力大于5 bar，在空分机与质量流量计之间还配置两个（O2和

N2）稳压气罐，稳压气罐都配置有压力传感器，在压力较低时开启空气压缩机对气罐供气。

与现有技术相比，本技术的有益效果是：

1、模拟发动机排气：压缩机、空分机、稳压气罐、高压气瓶组以及质量流量计控制了进入系统的流量以及气体组份比例，可模拟发动机排气的各种流量和废气组份；此外，加热器将混合后的（模拟）气体可加热至700 ℃以上，可模拟发动机的各种排温。

2、工况稳定，重复性强：带压力反馈的热线式质量流量计（带压力反馈功能），可在后处理装置随实验时间的增加而产生压力波动时，保持各气体支路的流量稳定；一旦气体流量稳定，加热器出口的气体温度就不至于产生较大的波动，保证了系统流量、温度、气体组份的稳定，从而确保了试验具有较强的可重复性。

3、拆装方便：安装后处理装置的主体段为可拆卸结构，可安装不同几何结构参数（不同长度、不同尺寸的截面（圆形或跑道形））的后处理装置载体，满足不同型号发动机用后处理装置的测试和开发需求。

4、可实时监控后处理装置内部的温度场变化：通常后处理装置的载体为陶瓷材质或碳化硅材质，呈蜂窝孔道结构。若在其壳体径向开孔测量其内部温度场，将破坏一定的载体孔道，给试验带来一定的误差；此外，若后处理载体为壁流式的过滤体，若在径向开孔，则会破坏整个载体，不能实现过滤的目的。因此，本技术采用在主体段的出口部分设置T型结构，满足排气需要的同时，沿载体孔道轴向插入温度传感器，既不破坏载体，又能满足在其内部设置多个温度传感器的需求，结构简单有效。

附图说明

图1是本技术的系统图。

图2是图1所示主体段的结构示意图。

具体实施方式

图1中：1、空气压缩机；2a、O2稳压气罐；2b、N2稳压气罐；3a、O2质量流量计；3b、N2质量流量计；4、混气腔；5、加热器；6、（加热器出口）反馈用温度传感器；7、压差传感器； 8、主体段；9、排空管；10a、（O2罐）压力传感器；10b、（N2罐）压力传感器；11、数据采集卡；12、压缩机供电继电器；13、交流电源；14、CO2高压气瓶；

15、CO高压气瓶；16、HC气体高压气瓶（HC为碳氢）；17、NO高压气瓶；18、NO2高压气瓶；19、（CO2）质量流量计；20、（CO）质量流量计；21、（HC气体）质量流量计；22、（NO）质量流量计；23、（NO2）质量流量计；24、电力调整器；25、微电脑；26、空分机。

图1示出，本技术包括微电脑25，与微电脑连接的数据采集卡11，空气压缩机1出口与空分机26连接，空分机的氧气出口和氮气出口分别与O2稳压气罐2a和N2稳压气罐2b连

接，O2稳压气罐2a和N2稳压气罐2b的出口分别经安装有质量流量计3a、3b的管道与混气腔4连接；CO2高压气瓶14、CO高压气瓶15、HC气体高压气瓶16、NO高压气瓶17和

NO2高压气瓶18分别经安装有质量流量计19、20、21、22、23的管道与混气腔4连接；混气腔出口顺次与加热器5以及用作装入载体进行测试的主体段8连接，主体段出口接排空管9；加热器5出口设有反馈用温度传感器6，O2稳压气罐2a、N2稳压气罐2b上分别设有压力传感器10a、10b；上述反馈用温度传感器6、压力传感器10a、10b以及上述所有质量流量计3a、3b、19、20、21、22、23分别与所述数据采集卡11连接。

参见图1，空气压缩机1为空分机26供气，空分机26从空气分离O2和N2；空分机为O2和

N2的稳压气罐和供气，O2和N2的质量流量计分别与稳压气罐相连，分别控制O2和N2流量；O2稳压气罐和N2稳压气罐上分别设置有压力传感器，并将压力信号送至数据采集卡和微电脑，一旦O2和N2的稳压气罐的压力低于O2和N2的质量流量计的触发压力，由微电脑经数据采集卡控制空气压缩机供电继电器给空气压缩机（与交流电源13接通）供电，保证两个稳压气罐内的压力，确保O2和N2的质量流量计正常工作，流量稳定；高压气瓶14、15、16、17、18分别配置有相应气体成分的质量流量计19、20、21、22、23，控制各组份气体的流量，与O2和N2在混气腔4中均匀混合成试验所需的气体成分，与发动机排气中个组份气体的比例一致；上述所有质量流量计由数据采集卡、微电脑进行控制，确保各路气体流量；混气腔4中的气体进入加热器5，将气体加热至试验所需温度，与发动机排气温度一致；加热器5出口配置有反馈用温度传感器6，温度信号经数据采集卡11，由微电脑控制采集，微电脑控制电力调整器24（与交流电源13相连）工作，控制进入加热器5的工作电压，使得加热器5的出口气流温度维持稳定；高温气体直接进入系统主体段8，对待测发动机后处理装置的载体（安装于系统主体段8内）的性能进行测试；还具有压差传感器7，压差传感器与所述主体段8的进气管和出气管连接；压差传感器的信号输出端与所述数据采集卡11连接。主体段前后的压力差由压差传感器7进行测量；主体段排出气体由排空管9直接排空。

所有质量流量计3a、3b、19、20、21、22、23均为热线式质量流量计。加热器5为轴流式热喷枪加热器。加热器5的最高加热温度为700℃，加热器出口温度波动＜5℃。

图2中：8-1、高温来流气体；8-2、大小头；8-3、主体段壳体；8-4、载体安装壳体；8-5、载体；8-6、O型密封圈；8-7、T型出口（即出气管）；8-8、温度传感器安装法兰；8-9、卡套接头；8-10、载体温度传感器；8-11、入口温度测口；8-12、出口温度测口；8-13、入口气体取样口；8-14、出口气体取样口；8-15、高温气体出口。

参见图2，主体段8结构为：进气管焊接在大小头8-2的小头端部，大小头的大头端部与圆筒形的主体段壳体8-3前部经法兰连接，主体段壳体后端经螺栓连接有一个温度传感器安装法兰8-8，主体段壳体后部上焊接有出气管，该出气管与主体段壳体垂直；进气管和出气管上均设置有气体取样口以及用作安装温度传感器的温度测口；位于主体段壳体内、两端开口的管状载体安装壳体8-4经法兰与主体段壳体连接；温度传感器安装法兰8-8上均布旋接有多个卡接套头8-9，每个卡接套头设有一个载体温度传感器8-10；载体温度传感器8-10从卡接套头内孔伸入到载体8-5内部。

参见图2，后处理装置的载体8-5安装于载体安装壳体8-4内，大小头8-2在安装位置上压缩O型密封圈8-6，使得载体8-5与载体安装壳体8-4进行密封，同时大小头8-2也起到分布高温来流气体8-1的作用；载体安装壳体8-4安装于主体段壳体8-3内，并采用法兰联接的方式分别与大小头8-2和主体段壳体8-3进行联接、密封；主体段壳体8-3出口联接T型出口8-7（即出气管），其左端与主体段壳体8-3采用法兰进行联接、密封，其右端与温度传感器安装法兰8-8进行联接，其上端是高温气体出口8-15；温度传感器安装法兰8-8的相应位置开设螺纹孔用于安装卡套接头8-9；载体温度传感器8-10从卡套接头8-9内孔伸入到载体8-5内部（伸入载体8-5内部的载体温度传感器8-10为1~20个。），测量其内部温度；载体温度传感器8-10插入到载体8-5内部所需位置后由卡套接头8-9进行密封；根据试验需要，可在温度传感器安装法兰8-8的相应位置上开设多个螺纹孔，用于测量载体8-5内部不同位置（不同轴向和径向）的温度场分布；在主体段的入口和出口分别开设有入口温度测口8-11和出口温度测口8-12，以及入口气体取样口8-13和出口样气取样口8-14，用于检测载体8-5在试验条件下的进出口温度和气体组份变化。

下面以柴油机微粒捕集器的再生性能试验为例，作进一步的说明：

柴油机微粒捕集器载体为壁流式蜂窝陶瓷过滤体，尺寸144mm×152mm，已捕集的柴油机微粒量为5g/L。

柴油机工况：排量2L，转速1600转/分钟，排气温度600℃。

柴油机废气组份：O2含量8%，CO2含量15%，CO含量1000ppm，HC含量600 ppm，NO含量700ppm，NO2含量100ppm。

第一：将过滤体载体安装于载体安装壳体内。壳体内径选择为158mm，便于安装界面直径为25mm的耐高温陶瓷纤维O型密封圈，并安装壳体入口段的大小头；壳体长度选择为320mm，最长可安装长度为305mm的载体。

第二：确定载体内部温度测点，并安装温度传感器。由于柴油机微粒捕集器再生时其内部温度场分布信息，对研究其再生性能十分重要；因此，需要在载体的中心区轴向上至少布置5个测点，分别为入口、1/4长度、2/4长度、3/4长度和出口位置；在径向位置至少布置4个测点，分别为中心区、1/3直径、2/3直径和边缘区位置；同时还在入口、2/4长度和出口位置的径向相应位置也布置温度测点，总共14个测点。根据上述测点位置，在温度传感器安装法兰8-8上的相应位置开设螺纹孔，安装卡套接头同时联接温度传感器。

第三：计算各气体组份流量。根据柴油机排量2L，转速1600转/分钟，计算得柴油机排气流量约为27L/s；根据O2含量8%，CO2含量15%，CO含量1000ppm，HC含量600ppm，NO 含量700ppm，NO2含量100ppm，计算得：O2流量为2.16L/s、CO2流量为4.05L/s、CO流量为2.7×10-2L/s、HC流量为1.62×10-2L/s、NO流量为1.89×10-2L/s、NO2流量为2.7×10-3L/s，其余为N2，流量为20.73L/s。

第四：通过控制电脑程序，设定个质量流量计流量，同时设定加热器出口温度为600℃，开启系统进行测试。

第五：控制电脑实时采集个测点信号，尤其是过滤体内部温度测点和前后压降信号，同时对过滤体前后的样气采用烟气分析仪测量其组份含量。

最后：完成试验、分析采集数据。

本技术主要提供一种测试简单、经济，可以模拟发动机的各种排气工况，可以对各种不同几何结构参数的后处理装置（如TWC、DOC、LNT和DPF等）进行性能测试和开发的一种发动机后处理装置的测试系统。

几点说明：

1、轴流式热喷枪加热器参数：

型号：热喷枪-200；

规格：最大加热温度704 ℃，最大加热流量170 m3/h，单个加热器功率12.5 kW；所需加热器数量：2个；

厂家：常熟富莱斯特热流系统制造有限公司。

2、数据采集卡即数据采集控制器：

参数和规格：模拟输入型号：NI 9205，32通道；模拟输出型号：NI 9264，16通道；通信型号：cDAQ-9188；

厂家：美国国家仪器（National Instruments, USA）。

3、卡套接头：柱体上有一轴向通孔，用于插入热电偶，柱状体前部螺纹供旋接在设备上，柱状体后部螺纹供旋接一个堵头或盖帽以形成密封；

型号：MC型；

规格：通孔直径?3 mm （安装直径?3 mm的热电偶）；

厂家：成都莱峰科技有限公司。