专利名称：一种模拟柴油机排气的后处理装置试验台的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及发动机排气后处理试验测试系统领域，更具体的说是涉及一种模 拟柴油机排气的后处理装置试验台。
背景技术：
柴油机因具有高的热效率、低的油耗和CO2排放等优点得到了广泛的应用。目前， 所有的重型卡车和大部分轻型卡车都采用柴油机。然而，随着世界各地对柴油车排放的要 求越来越严格，光靠柴油机自身的优化来降低所有的排放物变得越来越难，柴油机加装高 效的后处理装置(如尿素SCR、D0C、P0C、DPF等)来处理尾气排放成为越来越广泛的选择， 新型柴油机后处理装置的研究和开发也越来越热。为了评价柴油机后处理装置的主要性能指标和可靠性，需要进行大量的试验研究 (例如后处理装置处理目标废气的能力、后处理装置产生的压降大小测试、后处理装置热 振动耐久性试验等等)。目前，发动机台架试验台测试是最为广泛的被用于测试和评价后处 理装置的试验方法。这类发动机台架试验台系统复杂，主要包含发动机、测功机、排放测试 设备等；整体试验台造价高昂(动辄上千万，甚至几千万)；建设周期长(通常从方案确定 到基建再到设备运输安装调试到系统验证整个周期需要1-1. 5年左右，甚至更长)；运行成 本高(水、电、油、设备消耗品、设备折旧、人员费用等)；配套设施要求高(地基减震要求、 油库设计要求、试验室环境要求、消防要求、噪声要求等)。同时采用发动机试验台进行试验 整体能耗较高。正是因为这些，很多柴油机后处理企业无法承担巨额的成本或者是由于建 设周期原因，而限制了新型柴油机后处理装置的研究开发和技术进步。

发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述缺陷，旨在提供一种制造方便、价格和低 廉、运行能耗低且简便实用的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，通过模拟柴油机的排 气，为柴油机后处理装置提供与发动机稳定状态下排气具有相同特征(相同的流量、温度、 压力、主要气体成分)的气体进行性能和可靠性试验。为实现以上目的，本发明采用的技术方案是一种模拟柴油机排气的后处理装置试验台，包括5个子系统流量控制系统、温度 控制系统、主要气体成分控制系统、压力控制系统以及控制主机，其特征在于所述的5个子 系统通过管路连接，所述的流量控制系统包括空气滤清器、风机和空气流量计，通过空气流 量计的数值实时调整风机的转速，使得试验台管道中气体流量与发动机稳态下某工况流量 一致；所述的温度控制系统包括气体加热装置和温度传感器，通过温度传感器测得的实时 温度数值来控制气体加热装置的加热状态从而控制试验台管道中气体的温度；所述的主要 气体成分控制系统包括标准气瓶、气体阀门、电动流量控制阀、气体混合器和气体传感器， 根据实测主要气体成分浓度、排气流量和发动机对应工况下主要气体浓度数值，控制电动 流量控制阀使得试验台排气管内形成对应浓度的气体成分，然后通过气体混合器使得主要气体在排气管中均勻分布；所述的压力控制系统包括电动压力调节阀和压力传感器，通过 压力传感器反馈的压力数据实时调整压力调节阀，使得试验台提供给后处理装置的气体压 力与发动机对应工况排气背压相同；所述的控制主机用于接收、处理各个传感器的信息，进 行控制运算，最终驱动各个执行器进行流量、温度、压力、主要气体成分的控制。本发明的后处理装置试验台通过所述5个子系统控制调节进入后处理装置的气 体流量、温度、压力和主要气体成分，模拟发动机稳态工况时排气状况，从而实现后处理装 置相关的性能和可靠性试验。本发明的优点是由于本发明通过对气体流量、温度、压力和主要气体成分的控制 模拟了真实发动机排气状况，因此能够为后处理装置提供和发动机排气相同状态的气体进 行相关性能和可靠性试验。同时本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台具有投资 少、方便制造、制造安装周期短、见效快、运行能耗和成本低、简便实用等优点。根据本发明，一个典型的实施方式，所述的气体加热装置为电加热器，所述的空气 滤清器、风机和空气流量计通过管路依次连接；所述的标准气瓶、气体阀门和电动流量控制 阀通过管路依次连接；所述的空气流量计的输出端通过管路连接到所述的气体混合器的输 入端；所述电动流量控制阀的输出端通过管路连接一个气体喷嘴，所述的气体喷嘴设置在 所述的气体混合器的上游管路上；所述的气体混合器的输出端通过管路依次连接电加热 器、电动压力调节阀和柴油机排气的后处理装置；所述的温度传感器和气体传感器设置在 电加热器的下游管路上，所述的压力传感器设置在电动压力调节阀的下游管路上，所述的 控制主机与所述的空气流量计、温度传感器、气体传感器和压力传感器的输出端相连。根据 本发明，所述的气体传感器为气体分析仪或NOx传感器。本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台的风机可采用离心式、轴流式或斜 流式，不限定具体型式。本发明的发动机排气后处理装置的模拟试验台中标准气瓶、气体阀门和流量控制 阀的具体数量不限定，具体数量和标准气瓶中标准气种类可具体根据后处理装置的需要设定。本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台中的执行器(风机、流量阀和压力 调节阀)均可采用手动装置，并采用简单的手动操作来实现。本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台管路采用304或304以上不锈钢材 制作，以适应于不同后处理装置的要求，尤其是尿素SCR系统。


图1为模拟柴油机排气的试验台用于尿素SCR后处理装置示意图。图2为模拟柴油机排气的试验台用于后处理装置DOC示意图。图3为模拟柴油机排气的后处理装置试验台控制结构示意图。图中，空气滤清器-1，风机-2，空气流量计-3，标准气瓶-4，气体阀门-5，电动流 量控制阀_6，气体喷嘴_7，气体混合器-8，电加热器-9，电加热元件-10，温度传感器-11， 气体传感器-12，电动压力调节阀-13，压力传感器-14，混合器-15，尿素喷嘴-16，SCR催化 转化器-17，柴油机排气的后处理装置的排气通道-18，控制主机-19，管路-20，后处理装置 D0C-21，控制主机的传感器输入端-22，控制主机的执行器输出端-23。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
，例如各结构的 形状、构造以及各部分之间的相互位置关系及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进 一步的详细的说明。本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台通过对气体流量、温度、压力、主要 气体成分的控制模拟了真实发动机排气状况，为后处理装置提供和发动机排气相同状态的 气体进行相关性能和可靠性试验。图1为本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台应用于柴油机尿素SCR后处 理装置的示意图。参照图1，本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台包括5个子系统 组成流量控制系统、温度控制系统、主要气体成分控制系统、压力控制系统以及控制主机， 所述的5个子系统及其管路20共同构成了模拟发动机排气的后处理装置试验台。所述的流量控制系统由空气滤清器1、风机2和空气流量计3组成，通过空气流量 计3的数值实时调整风机2的转速，使得试验台管道中气体流量与发动机稳态下某工况流 量一致。所述的温度控制系统由电加热器9和温度传感器11组成，通过温度传感器11测 得的实时温度数值来控制电加热器9中电加热元件10的加热状态从而控制试验台管道中 气体的温度。所述的主要气体成分控制系统由标准气瓶(NO、NO2和NOx) 4、气体阀门5、电动流 量控制阀6、气体混合器8、气体分析仪(或NOx传感器等气体传感器)12组成，根据实测主 要气体成分NOx浓度、排气流量和发动机对应工况下主要气体NOx浓度数值，控制电动流量 控制阀6使得试验台排气管内形成对应浓度的NOx气体，然后通过气体混合器8使得主要 气体NOx在排气管中均勻分布。所述的压力控制系统由电动压力调节阀13和压力传感器14组成，通过压力传感 器14反馈的压力数据实时调整压力调节阀13，使得试验台提供给柴油机尿素SCR后处理装 置(包含混合器15、尿素喷嘴16、SCR催化转化器17)的气体压力与发动机对应工况排气 背压相同。所述的控制主机19主要是接收、处理各个传感器的信息，进行控制运算，最终驱 动各个执行器进行流量、温度、压力、主要气体成分的控制。具体来说，所述的空气滤清器1、风机2和空气流量计3通过管路依次连接；所述 的标准气瓶4、气体阀门5和电动流量控制阀6通过管路依次连接；所述的空气流量计3的 输出端通过管路连接到所述的气体混合器8的输入端；所述电动流量控制阀6的输出端通 过管路连接一个气体喷嘴7，所述的气体喷嘴7设置在所述的气体混合器8的上游管路上； 所述的气体混合器8的输出端通过管路依次连接电加热器9、电动压力调节阀13和柴油机 排气的后处理装置；所述的温度传感器11和气体传感器12设置在电加热器9的下游管路 上，所述的压力传感器14设置在电动压力调节阀13的下游管路上，所述的控制主机19与 所述的空气流量计3、温度传感器11、气体传感器12和压力传感器14的输出端相连。通过本发明的模拟柴油机排气的后处理装置试验台提供的模拟发动机排气就可 以对目标后处理装置——柴油机尿素SCR后处理装置(包含混合器15、尿素喷嘴16、SCR催化转化器17)进行包含SCR系统NOx转化效率、SCR催化转化器产生的压降、混合器结构优 化、喷嘴结构优化、排气管路优化等性能试验以及高低温热循环、结合振动台的热振动等可 靠性试验研究。参照图2，将标准气瓶4中的标准气体换成HC和C0，即可为后处理装置D0C21提 供含有主要气体成分HC和CO的模拟发动机排气，进行后处理装置D0C21的相关性能和可
靠性试验。图3为模拟柴油机排气的后处理装置试验台控制结构示意图，参照图3，本发明的 模拟柴油机排气的后处理装置试验台控制是由采集各个传感器(空气流量计3、温度传感 器11、NOx传感器12、压力传感器14)信号，然后进行信号处理，由控制主机来进行数据处 理，然后驱动各个执行器完成气体流量、温度、压力、主要气体成分的控制。上述结合附图对本发明进行了示例性的描述，但本发明的具体实现并不受上述方 式的限制。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进 将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种模拟柴油机排气的后处理装置试验台，包括流量控制系统、温度控制系统、主要 气体成分控制系统、压力控制系统以及控制主机(19) 5个子系统，其特征在于所述的5个子 系统通过管路20连接，其中所述的流量控制系统包括空气滤清器(1)、风机(2)和空气流量计(3)，通过空气流量 计(3)的数值实时调整风机的转速，使得试验台管道中气体流量与发动机稳态下某工况流 量一致；所述的温度控制系统包括气体加热装置(9)和温度传感器(11)，通过温度传感器(11) 测得的实时温度数值来控制气体加热装置(9)的加热状态从而控制试验台管道中气体的 温度；所述的主要气体成分控制系统包括标准气瓶G)、气体阀门(5)、电动流量控制阀(6)、 气体混合器(8)和气体传感器(12)，根据实测主要气体成分浓度、排气流量和发动机对应 工况下主要气体浓度数值，控制电动流量控制阀使得试验台排气管内形成对应浓度的气体 成分，然后通过气体混合器使得主要气体在排气管中均勻分布；所述的压力控制系统包括电动压力调节阀(1 和压力传感器(14)，通过压力传感器 (14)反馈的压力数据实时调整压力调节阀，使得试验台提供给后处理装置的气体压力与发 动机对应工况排气背压相同；所述的控制主机(19)用于接收、处理各个传感器的信息，进行控制运算，最终驱动各 个执行器进行流量、温度、压力、主要气体成分的控制。
2.如权利要求1所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于所述的气体 传感器为气体分析仪或NOx传感器。
3.如权利要求1所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于所述的风机 (2)采用离心式、轴流式或斜流式。
4.如权利要求1所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于风机O)、流 量控制阀(6)和压力调节阀(13)均采用手动装置，并通过简单的手动操作来实现。
5.如权利要求1所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于所述的标准 气瓶G)、气体阀门( 和流量控制阀(6)的具体数量和标准气瓶中标准气种类可具体根据 后处理装置的需要设定。
6.如权利要求1所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于所述的管路 (20)采用304及以上不锈钢材制作。
7.如权利要求1-6任何一项所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于 所述的气体加热装置(9)是电加热器(9)。
8.如权利要求7任何一项所述的模拟柴油机排气的后处理装置试验台，其特征在于所 述的空气滤清器(1)、风机(2)和空气流量计( 通过管路依次连接；所述的标准气瓶(4)、 气体阀门( 和电动流量控制阀(6)通过管路依次连接；所述的空气流量计(3)的输出端 通过管路连接到所述的气体混合器(8)的输入端；所述电动流量控制阀(6)的输出端通过 管路连接一个气体喷嘴(7)，所述的气体喷嘴(7)设置在所述的气体混合器(8)的上游管路 上；所述的气体混合器(8)的输出端通过管路依次连接电加热器(9)、电动压力调节阀(13) 和柴油机排气的后处理装置；所述的温度传感器(11)和气体传感器(1 设置在电加热器 (9)的下游管路上，所述的压力传感器(14)设置在电动压力调节阀(1 的下游管路上，所述的控制主机(19)与所述的空气流量计(3)、温度传感器(11)、气体传感器(1 和压力传 感器(14)的输出端相连。
全文摘要
本发明公开了一种模拟柴油机排气的后处理装置试验台，包括流量控制系统、温度控制系统、主要气体成分控制系统、压力控制系统以及控制主机，所述的5个子系统和管路共同构成了模拟发动机排气的后处理装置试验台。本发明通过所述5个子系统控制调节进入后处理装置的气体流量、温度、压力、主要气体成分，模拟发动机稳态工况时排气状况。从而实现后处理装置相关的性能和可靠性试验。由于本发明通过对气体流量、温度、压力、主要气体成分的控制模拟了真实发动机排气状况，因此能够为后处理装置提供和发动机排气相同状态的气体进行相关性能和可靠性试验。同时本发明具有投资少、方便制造、制造安装周期短、见效快、运行能耗和成本低、简便实用等优点。
文档编号G01M15/04GK102121876SQ201010594879
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者帅石金, 赵彦光, 陆国栋, 陈镇 申请人:杭州银轮科技有限公司, 浙江银轮机械股份有限公司