專利名稱：一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集的裝置，具體涉及多缸發(fā)動機(jī)不同缸、 不同燃燒組分及后處理前后的尾氣采集及分析。本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用一套尾氣采集分 析裝置在一個(gè)測量周期內(nèi)較方便快速的切換、采集及對比分析多缸發(fā)動機(jī)各缸的尾氣，同 時(shí)還可以對尾氣后處理前后的尾氣進(jìn)行采集、對比并分析。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)動車數(shù)量的迅猛增長，石油消耗逐年增加，同時(shí)機(jī)動車排放的尾氣造成了 嚴(yán)重的大氣污染。為了能夠更加準(zhǔn)確地采集并檢測發(fā)動機(jī)尾氣排放并使其滿足環(huán)境保護(hù)的 要求，很多國家的研究機(jī)構(gòu)及設(shè)備制造公司都在進(jìn)行尾氣排放的采集及分析設(shè)備的研究和 開發(fā)。現(xiàn)有的尾氣采集分析裝置主要包括針對co、HC、NOx、CO2、A以及λ (過量空氣系數(shù)) 的尾氣分析儀(精度可達(dá)到0. 01 % )；測量CO、CO2, CH4, SO2及A的氧分析儀；以及針對發(fā) 動機(jī)顆粒排放物的發(fā)動機(jī)顆粒物排放徑譜儀、微粒光譜儀、柴油機(jī)尾氣黑度儀等。然而，目前的尾氣采集裝置只能通過采集探頭對排氣總管或單一某一缸的尾氣進(jìn) 行采集，而且采集探頭一般采用螺扣等硬連接方式；當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)排氣管部位溫度很高， 這種尾氣采集方式很難實(shí)現(xiàn)對不同采集部位的快速切換。隨著混合燃料發(fā)動機(jī)研究的深 入，在不同缸內(nèi)燃燒不同組分及比例的燃料以研究燃料的燃燒特性已成為了主要的研究方 法之一，同時(shí)發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在缸間變動等情況，因此有必要對發(fā)動機(jī)不同氣缸的 尾氣分別地進(jìn)行采集和測量；而使用多臺設(shè)備進(jìn)行采集不僅增加了布置和安裝的難度，更 會導(dǎo)致成本的大幅度增加。為了實(shí)現(xiàn)一套尾氣采集分析裝置針對不同缸的燃燒尾氣進(jìn)行采 集并測量，就需要一種能夠快速切換各缸排氣的尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地針對 各缸的燃燒尾氣進(jìn)行采集并切換以進(jìn)行對比；此外，為了研究尾氣后處理裝置的功用及效 果，也需要針對后處理裝置前后的尾氣進(jìn)行采集測量并對比；最后，當(dāng)尾氣需要進(jìn)行進(jìn)一步 送檢或采樣保存時(shí)，需要通過采集裝置與采樣袋(罐)相連。因此，一種能夠?qū)Χ喔装l(fā)動機(jī) 各缸及后處理前后尾氣進(jìn)行選擇切換并采集的尾氣聯(lián)合采集裝置就成為了發(fā)動機(jī)尾氣排 放研究的需求，并越來越受到人們的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的和意義本發(fā)明是針對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)尾氣裝置只能進(jìn)行單一或固定采集而提出的一種多缸 發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集分析系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明的聯(lián)合采集裝置可以實(shí)現(xiàn)用一套尾氣采 集設(shè)備代替多套采集設(shè)備對比由于發(fā)動機(jī)缸間變動而造成的尾氣排放差異以及經(jīng)過三元 催化器前后的尾氣變化；同時(shí)本發(fā)明可以快速地采集并分析目前代用燃料發(fā)動機(jī)研究過程 中各缸進(jìn)行不同混合比例燃料燃燒后的尾氣排放。本發(fā)明的尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)，能夠根據(jù) 發(fā)動機(jī)試驗(yàn)過程中的發(fā)動機(jī)缸數(shù)以及需要采集對比分析的實(shí)際情況，對不同氣缸以及后處 理前后的尾氣分別地進(jìn)行采集，在測試過程中為保證測量精度，通過使用高壓空氣快速掃清采集管路中的殘余廢氣、使用冷卻套降低排溫等手段，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)尾氣的快速準(zhǔn)確采集 并滿足采樣袋對排氣溫度的要求。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)尾氣采集方式難以快速便捷地切換不同采集部位的缺 陷，其目的就是通過一套設(shè)備能夠在一個(gè)測量周期內(nèi)方便快速切換并采集發(fā)動機(jī)不同氣缸 及后處理裝置前后尾氣的新方法，不僅簡化了設(shè)備的操作復(fù)雜性、在保證測量精度的同時(shí)， 更降低了之前采用多套設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作的使用成本并使其易于布置。本發(fā)明的核心思想是，采用一套尾氣采集裝置可以實(shí)現(xiàn)多缸發(fā)動機(jī)不同工況不同 混合比例下的尾氣采集的快速切換和分析。在發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)特別是混合燃料發(fā)動機(jī)試驗(yàn) 研究領(lǐng)域，本發(fā)明具有較好的實(shí)用價(jià)值與應(yīng)用前景。本發(fā)明可針對缸間變動進(jìn)行尾氣采集 以確定不同缸在燃燒后的尾氣排放；針對尾氣后處理前后的尾氣進(jìn)行采集以確定后處理裝 置的功效；針對在各缸燃燒不同混合比例的燃料的尾氣進(jìn)行采集以分析最優(yōu)混合比例；針 對不同的采集要求采用尾氣收集裝置進(jìn)行袋采或收集。發(fā)明裝置的組成本發(fā)明的多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)包括電控單元1、中空金屬管2、前端壓 力表PJ、末端壓力表P24、前端高溫溫度傳感器1\5、末端高溫溫度傳感器T26、空氣壓縮機(jī) 7、空燃比分析儀8、尾氣采集分析儀9、碳煙顆粒分析儀10、廢氣采集器11、冷卻套12、穩(wěn)壓 腔13、尾氣采集探頭SJ4，尾氣采集探頭&15，尾氣采集探頭&16，尾氣采集探頭、17，尾氣 采集探頭&18、電磁閥Vai 19，電磁閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，電磁閥VB23，電磁閥 Vci24,電磁閥VC225，電磁閥Vra26，電磁閥Vc427，電磁閥VC528，電磁閥VJ9。各缸尾氣采集探頭S1H,尾氣采集探頭S215，尾氣采集探頭S316，尾氣采集探頭 S417，尾氣采集探頭&18由電磁閥VA119，電磁閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，電磁閥 VB23與中空金屬管2相連；尾氣測量設(shè)備包括空燃比分析儀8、尾氣采集分析儀9、碳煙顆粒 分析儀10、廢氣采集器11，由電磁閥VC326,電磁閥Vc427,電磁閥VC528,電磁閥VC629與中空 金屬管2相連；前端壓力表PJ、末端壓力表P24、前端高溫溫度傳感器1\5、末端高溫溫度傳 感器T26直接安裝在中空金屬管2上，對排溫、排壓進(jìn)行監(jiān)測采集；空氣壓縮機(jī)7通過電磁 閥VaM、電磁閥VC225分別與冷卻套12和中空金屬管2相連接，實(shí)現(xiàn)對采集通道的吹掃以及 尾氣冷卻；冷卻套12圍繞在中空金屬管2外側(cè)起到降溫作用，穩(wěn)壓腔13起到消音的功能； 由電控單元1與電磁閥Vai 19，電磁閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，電磁閥VB23，電磁閥 Vci24,電磁閥Ve225，電磁閥Ve326，電磁閥Ve427，電磁閥Ve528，電磁閥VeJ9相連接，并控制其 斷開和通路。發(fā)明裝置的工作機(jī)制本發(fā)明裝置的工作機(jī)制是1)利用電控單元1控制尾氣采集探頭SJ4，尾氣采集探頭&15，尾氣采集探頭 &16，尾氣采集探頭、17，尾氣采集探頭&18所對應(yīng)的電磁閥VA119，電磁閥VA220，電磁閥 VA321，電磁閥VA422，電磁閥Vb23，使得中空金屬管2能夠依據(jù)相關(guān)要求采集所需要位置的尾 氣。同時(shí)電控單元1還控制電磁閥Ve326，電磁閥Ve427，電磁閥Ve528，電磁閥Ve629，分別對 中空金屬管2中的空燃比分析儀8、尾氣采集分析儀9、碳煙顆粒分析儀10、廢氣采集器11 進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對尾氣進(jìn)行有選擇的采集和分析。同時(shí)利用前端壓力表PJ、末端壓力表 P24、前端高溫溫度傳感器1\5、末端高溫溫度傳感器T26對尾氣進(jìn)行監(jiān)測；
2)利用電控單元1控制連接空氣壓縮機(jī)7的電磁閥VaM，實(shí)現(xiàn)對中空金屬管2采 集腔的吹掃，以提高采集分析精度。同時(shí)電控單元1還控制空氣壓縮機(jī)7與冷卻套12之間 的電磁閥Va24，利用冷卻套高壓空氣流動帶走尾氣中的熱量；3)利用冷卻套12將尾氣降溫，穩(wěn)壓腔13起到消音作用，減少由此而產(chǎn)生的噪聲；4)利用廢氣采集器11將通過冷卻套12冷卻之后的尾氣收集到采集罐或采集袋中 以備其它分析采集及留存。發(fā)明的效果本發(fā)明操作簡便、快捷，易于布置和節(jié)約成本的效果具體體現(xiàn)在多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)可以利用一套尾氣分析裝置對不同缸的尾氣進(jìn)行 采集。將尾氣采集探頭SJ4，尾氣采集探頭&15，尾氣采集探頭&16，尾氣采集探頭、17與 發(fā)動機(jī)排氣歧管相連，將尾氣采集探頭&18與尾氣后處理裝置之后的排氣總管相連；通過 電控單元1可以在各缸和后處理前后快速切換，實(shí)現(xiàn)了用一套設(shè)備在一個(gè)測量周期內(nèi)對不 同缸燃燒后的尾氣進(jìn)行采集分析，簡化了人工轉(zhuǎn)換及安裝操作，提高了工作效率及便捷性。 相對于使用多套采集設(shè)備進(jìn)行分析處理，發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)由一套分析系統(tǒng)組成， 一方面提高了數(shù)據(jù)的一致性和對比性，另一方面方便布置且節(jié)約了使用成本。本發(fā)明的具體控制方法a.尾氣采集將中空金屬管2的尾氣采集探頭S1H,尾氣采集探頭&15，尾氣采集探頭$16，尾 氣采集探頭、17分別與發(fā)動機(jī)的四個(gè)尾氣歧管(可以依據(jù)發(fā)動機(jī)具體缸數(shù)而定，以四缸機(jī) 為例)相連，通過電控單元1控制電磁閥VA119，電磁閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，分 別開啟和關(guān)閉各探測管路以實(shí)現(xiàn)對不同缸及不同工況下尾氣的采集。[1]各缸尾氣采集當(dāng)需要對不同缸的尾氣分別采集分析時(shí)，由電控單元1開啟所對應(yīng)缸的電磁閥 Vai 19，電磁閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，使得該缸尾氣進(jìn)入到中空金屬管2，以便進(jìn) 行分析；當(dāng)需要對比不同缸的尾氣排放時(shí)，由電控單元1關(guān)閉之前的采集通道，并開啟尾氣 采集探頭S1H,尾氣采集探頭&15，尾氣采集探頭&16，尾氣采集探頭、17中新選擇的缸所 對應(yīng)的電磁閥。通過在一個(gè)測量周期內(nèi)對不同缸的尾氣分別進(jìn)行采集可以對比在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 過程中不同缸由于缸間變動而造成的排放差異以及由于混合燃料比例不同而造成的排放 差異。[2]整體尾氣采集當(dāng)需要采集發(fā)動機(jī)尾氣后處理前的全部尾氣時(shí)，通過電控單元1開啟電磁閥 Vai 19,電磁閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，此時(shí)四缸的尾氣采集探頭S1H,尾氣采集探 頭&15，尾氣采集探頭&16，尾氣采集探頭、17進(jìn)入到中空金屬管2腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對全部尾 氣的同時(shí)采集；當(dāng)需要與后處理之后的尾氣進(jìn)行對比時(shí)，電控單元1關(guān)閉電磁閥VA119，電磁 閥VA220，電磁閥VA321，電磁閥VA422，并開啟與后處理裝置之后的尾氣采集探頭&18相連接 的電磁閥Vb23，由于后處理裝置安裝在排氣總管，因此只需一個(gè)采集探頭就可以采集全部 尾氣。b.尾氣監(jiān)測及分析處理[1]尾氣溫度、壓力監(jiān)測
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通過排氣溫度及壓力可以從一個(gè)方面分析發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的燃燒是否正常，對采集的 尾氣進(jìn)行排溫排壓分析主要包括兩部分首先是通過前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感 器1\5對靠近排氣歧管的剛剛?cè)紵懦龈邷匚矚膺M(jìn)行壓力和溫度的測量；其次，是通過末端 壓力表P24和末端高溫溫度傳感器T26對經(jīng)過冷卻的尾氣進(jìn)行測量，在對尾氣進(jìn)行多組分法 規(guī)測量或需要送檢鑒定時(shí)，需要對尾氣進(jìn)行采集送檢以保證其測量的準(zhǔn)確，因此就要對冷 卻后的排溫排壓進(jìn)行測量，以保證正常收集。[2]尾氣組分及排放物分析通過空燃比分析儀8、尾氣采集分析儀9、碳煙顆粒分析儀10分別對尾氣的氧含 量、空燃比、CO排放、HC排放、NOx排放、CO2排放、PM排放進(jìn)行分析和處理，對于不同的發(fā)動 機(jī)及測量要求需要分析不同的排氣組分，通過電控單元1控制與尾氣分析設(shè)備相連接的電 磁閥V。#6，電磁閥V。427，電磁閥V。528，將采集到的尾氣進(jìn)行分析處理。c.高壓氣體吹掃為了保證在各缸間切換后的尾氣采集精度和準(zhǔn)確性，在切換過程中使用高壓空氣 吹洗采集通道腔。由電控單元1接通與空氣壓縮機(jī)7和中空金屬管2相連接的電磁閥VC225。 當(dāng)切換采集各缸及后處理之后的尾氣時(shí)，首先關(guān)閉電磁閥Va119，電磁閥VA220，電磁閥VA321， 電磁閥VA422，并打開電磁閥Vra25，由空壓機(jī)內(nèi)的高壓氣體清除中空金屬管2內(nèi)的殘余廢氣， 以保證測量精度。d.尾氣收集為了能夠滿足相關(guān)法規(guī)要求收集尾氣以進(jìn)行進(jìn)一步的分析和采樣收集，在中空金 屬管2的尾端設(shè)置廢氣采集器11，將尾氣收集在采樣袋或采樣罐內(nèi)。由電控單元1控制連 接廢氣采集器11和中空金屬管2的電磁閥Vra29，使其能夠根據(jù)具體要求適時(shí)采集廢氣。由 于采集廢氣的容器對溫度壓力有相應(yīng)的要求，因此通過設(shè)置在冷卻套12后的末端壓力表 P24和末端高溫溫度傳感器T26來監(jiān)測冷卻后的排氣溫度及壓力，以滿足收集要求。e.尾氣冷卻及消音為了使尾氣收集滿足要求，不損壞采集容器以及傷害操作人員，在中空金屬管2 中段設(shè)置冷卻套12，其與空氣壓縮機(jī)7通過電磁閥VaM相連并套在中空金屬管2中段。當(dāng) 需要對尾氣進(jìn)行降溫時(shí)，由電控單元1將連接冷卻套12與空氣壓縮機(jī)7的電磁閥VaM開 啟，當(dāng)尾氣通過時(shí)，冷卻套12內(nèi)的高壓流動的氣體帶走尾氣中的熱量，并實(shí)現(xiàn)對尾氣降溫。 同時(shí)，通過安裝在冷卻套12后的末端壓力表P24和末端高溫溫度傳感器T26來監(jiān)測冷卻后 的排氣溫度及壓力；此外，穩(wěn)壓腔13實(shí)現(xiàn)了對尾氣的消音處理，減少了在試驗(yàn)過程中由于 尾氣采集而造成的噪音。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理中電控單元1、中空金屬管2、前端壓力表PJ、末端壓力表P24、前端高溫溫度 傳感器1\5、末端高溫溫度傳感器T26、空氣壓縮機(jī)7、空燃比分析儀8、尾氣采集分析儀9、 碳煙顆粒分析儀10、廢氣采集器11、冷卻套12、穩(wěn)壓腔13、尾氣采集探頭SJ4，尾氣采集探 頭&15，尾氣采集探頭&16，尾氣采集探頭、17，尾氣采集探頭&18、電磁閥VA119，電磁閥 VA220,電磁閥VA321，電磁閥VA422，電磁閥Vb23，電磁閥VC124,電磁閥VC225,電磁閥VC326,電磁閥Vc427，電磁閥VC528，電磁閥VCJ9。
具體實(shí)施例方式下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合示意圖，對本發(fā)明專利作進(jìn)一步的具體的說明。如圖所示的一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)包括了通過電磁閥與各個(gè)采集探 頭以及測試裝置相連通的中空金屬管2，尾氣分析設(shè)備、采集設(shè)備等。首先將中空金屬管2 的前端鉆孔，與電磁閥VA119，VA220, VA321，VA422，Vb23相連，再將所述的電磁閥與對應(yīng)的采 集探頭SJ4，S215, S316, S417, Sb 18相連接，最后將采集探頭分別與多缸發(fā)動機(jī)的各排氣歧 管相連接，實(shí)現(xiàn)了將各缸尾氣通入到尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)中，將前端壓力表PJ和前端高溫溫 度傳感器1\5與中空金屬管2相連接，以此實(shí)現(xiàn)對剛排出的尾氣進(jìn)行溫度和壓力的監(jiān)測；在 前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感器 \5后安裝各個(gè)尾氣分析裝置，仍將中空金屬管2鉆 孑L 并通過 VC326 與 Horiba MEXA-110A/F 空燃比分析儀 8，Vc427 與 Horiba MEXA-71OODEGR 尾氣分析儀9，VC528與Combustion DMS500顆粒分析儀10相連；在中空金屬管2安裝采集 探頭的前部鉆孔，由電磁閥VC225與德斯蘭D系列活塞機(jī)AV1608空氣壓縮機(jī)7相連以實(shí)現(xiàn) 對中空金屬管腔體的吹掃和清潔。在中空金屬管中段安裝冷卻套12，冷卻套套在中空金屬管2外壁，冷卻套12通過 電磁閥VeiM與德斯蘭D系列活塞機(jī)AV1608空氣壓縮機(jī)7相連，在中空金屬管2外壁有凹 坑，與冷卻套的凸起肋片相互作用實(shí)現(xiàn)對中空金屬管2內(nèi)的尾氣進(jìn)行降溫。在中空金屬管2安裝冷卻套12之后安裝末端壓力表P24和末端高溫溫度傳感器 T26用以監(jiān)測經(jīng)過冷卻之后的排氣溫度和壓力，之后在中空金屬管2的尾端鉆孔，由電磁閥 VC629與廢氣采集器11相連，在需要的時(shí)候?qū)⒗鋮s后的尾氣進(jìn)行收集已備檢測。在中空金 屬管2的尾端安裝穩(wěn)壓腔13，實(shí)現(xiàn)對尾氣排放的消音。在一臺1.6L點(diǎn)燃式汽油發(fā)動機(jī)實(shí)際測試實(shí)驗(yàn)過程中，將發(fā)動機(jī)的第四缸燃用 DME/汽油混合燃料，一至三缸仍然燃燒汽油，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速保持在1400r/min，進(jìn)氣壓力MAP 調(diào)整為61.5kPa，發(fā)動機(jī)的水溫機(jī)油溫度等保持在90-95°C。將四個(gè)采集探頭與發(fā)動機(jī)的四 個(gè)排氣歧管相連并對其尾氣進(jìn)行采集并分析。首先通過電控單元1打開與采集探頭S1H 相連接的電磁閥VA119，將第一缸燃燒后的廢氣引入到多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)的中空 金屬管2中，通過前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感器 \5對第一缸的尾氣進(jìn)行檢測，同 時(shí)由電控單元1打開與Horil3a MEXA-110A/F空燃比分析儀8相連接的電磁閥VJ6以及與 Horiba MEXA-7100DEGR尾氣分析儀9相連接的電磁閥Vw27，對尾氣進(jìn)行分析，之后尾氣經(jīng) 中空金屬管2中段和末段，最后通過穩(wěn)壓腔13掃出。為了對比發(fā)動機(jī)在同一運(yùn)行周期內(nèi)相同燃料燃燒后各缸排放的不同，首先由電控 單元1關(guān)閉與采集探頭S1H相連接的電磁閥VA119，之后打開電磁閥VC225，用空氣壓縮機(jī)7 內(nèi)的高壓空氣進(jìn)行吹掃，直至通過前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感器1\5以及空燃比分 析儀8和尾氣分析儀9讀取的數(shù)據(jù)為環(huán)境溫度、壓力以及相關(guān)數(shù)據(jù)。之后，由電控單元1關(guān) 閉與空氣壓縮機(jī)7相連的電磁閥VC225，并打開連通第三缸的采集探頭&16的電磁閥VA321， 實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)不停機(jī)而在同一運(yùn)行工況內(nèi)對不同缸的尾氣進(jìn)行分別采集分析，以研究相同燃 料燃燒后的缸間變動。對于第三缸尾氣的采集和分析過程同所述的第一缸采集方式。通過 在一個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)分別采集并測量各缸尾氣證實(shí)，發(fā)動機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作工程中，缸間循環(huán)變動導(dǎo)致的尾氣差異小于5%，且隨著采集時(shí)間的延長而不斷降低。由于第四缸燃燒二甲醚/DME，因此將第四缸的尾氣單獨(dú)測量并與同一試驗(yàn)周期內(nèi) 其它三缸燃燒汽油的尾氣進(jìn)行對比。與之前所述的對比測量第一三缸的尾氣一樣，首先由 電控單元1關(guān)閉與各排氣歧管相連接的電磁閥，打開電磁閥V。225，用空氣壓縮機(jī)7內(nèi)的高 壓空氣進(jìn)行吹掃，直至通過前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感器1\5以及空燃比分析儀8 和尾氣分析儀9讀取的數(shù)據(jù)為環(huán)境溫度、壓力以及相關(guān)數(shù)據(jù)。之后由電控單元1關(guān)閉與空 氣壓縮機(jī)7相連的電磁閥VC225，并打開連通燃燒DME/汽油混合燃料的第四缸的采集探頭
的電磁閥VA422，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)不停機(jī)而在同一運(yùn)行工況內(nèi)對燃燒不同燃料缸的尾氣進(jìn)行 采集分析，以研究不同燃料燃燒后的排放異同。仍然通過前端壓力表？工3和前端高溫溫度傳 感器 \5對第四缸的尾氣進(jìn)行檢測，同時(shí)由電控單元1打開與Horiki MEXA-110A/F空燃比 分析儀8相連接的電磁閥Vra26，與Horil^a MEXA-71OODEGR尾氣分析儀9相連接的電磁閥 Vc427,以及與Combustion DMS500顆粒分析儀10相連接的電磁閥Ve528，對尾氣進(jìn)行分析。 由于混合燃料燃燒后的尾氣需要送檢，因此由電控單元1打開冷卻套12與空氣壓縮機(jī)7之 間的電磁閥Va24，壓縮空氣經(jīng)過冷卻套12，通過冷卻套12凸起的肋片和中空金屬管2中段 外側(cè)的凹坑共同作用將中空金屬管2內(nèi)的尾氣進(jìn)行降溫；在中空金屬管2中段后部安裝末 端壓力表Ρ24和末端高溫溫度傳感器Τ26用以監(jiān)測經(jīng)過冷卻之后的排氣溫度和壓力，當(dāng)排氣 溫度壓力符合收集要求時(shí)，由電控單元1打開連通廢氣采集器11與中空金屬管2之間的電 磁閥Vra29，由廢氣采集器11進(jìn)行采集或送檢，最后尾氣經(jīng)中空金屬管2末段并通過穩(wěn)壓腔 13排出。通過對發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)工作過程尾氣的采集證實(shí)，第四缸二甲醚均質(zhì)壓燃后尾氣中的 碳煙排放接近于0，HC和CO等排放也較第三缸或第一缸下降明顯。當(dāng)需要對比三元催化器前后的排放時(shí)，首先由電控單元1關(guān)閉與各排氣歧管相連 接的電磁閥，打開電磁閥VC225，用空氣壓縮機(jī)7內(nèi)的高壓空氣進(jìn)行吹掃，直至通過前端壓力 表PJ和前端高溫溫度傳感器 \5以及空燃比分析儀8和尾氣分析儀9讀取的數(shù)據(jù)為環(huán)境 溫度、壓力以及相關(guān)數(shù)據(jù)。之后由電控單元1關(guān)閉與空氣壓縮機(jī)7相連的電磁閥VC225，并打 開連通四個(gè)缸采集探頭S1H, S215、S316、S417的電磁閥Vai 19, VA220, VA321，VA422，實(shí)現(xiàn)發(fā)動 機(jī)不停機(jī)而在同一運(yùn)行工況內(nèi)將各缸尾氣進(jìn)行匯總采集分析，以研究經(jīng)過三元催化器前的 發(fā)動機(jī)原始排放情況。仍然通過前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感器 \5對總尾氣進(jìn)行 檢測，同時(shí)由電控單元1打開與HoribaMEXA-110A/F空燃比分析儀8相連接的電磁閥VC326， 與HoribaMEXA-7100DEGR尾氣分析儀9相連接的電磁閥Vc427，以及與CombustionDMS500顆 粒分析儀10相連接的電磁閥VC528，對尾氣進(jìn)行分析。當(dāng)需要對比經(jīng)過三元催化器后的尾 氣時(shí)，同樣首先由電控單元1關(guān)閉與各排氣歧管相連接的電磁閥，打開電磁閥V。225，用空氣 壓縮機(jī)7內(nèi)的高壓空氣進(jìn)行吹掃，直至通過前端壓力表PJ和前端高溫溫度傳感器1\5以及 空燃比分析儀8和尾氣分析儀9讀取的數(shù)據(jù)為環(huán)境溫度、壓力以及相關(guān)數(shù)據(jù)。之后由電控 單元1關(guān)閉與空氣壓縮機(jī)7相連的電磁閥VC225，并打開連通三元催化器后的采集探頭&18 的電磁_VB23，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)不停機(jī)而在同一運(yùn)行工況內(nèi)對三元催化器前后的尾氣進(jìn)行切換 采集，以研究經(jīng)過三元催化器的工作情況。仍然通過前端壓力表？工3和前端高溫溫度傳感器 \5對總尾氣進(jìn)行檢測，同時(shí)由電控單元1打開與Horil3a MEXA-110A/F空燃比分析儀8相 連接的電磁閥VJ6，與Horil3a MEXA-7100DEGR尾氣分析儀9相連接的電磁閥Vc427，以及與 Combustion DMS500顆粒分析儀10相連接的電磁閥Ve528，對尾氣進(jìn)行分析。對于分析采集后的尾氣如之前所述進(jìn)行降壓降溫，然后排出。通過采集TWC (三元催化器)前后的尾氣進(jìn) 行對比分析證實(shí)，三元催化器能夠明顯降低CO和HC排放，降低幅度超過90%。
上述臺架試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集裝置及控制 系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對利用一套尾氣分析裝置對多缸發(fā)動機(jī)各缸的尾氣分別采集分析并快速切換 對比，以研究缸間燃燒變動、混合燃料不同比例燃燒后的排放以及后處理前后的尾氣變化 等，該技術(shù)為發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)過程中的尾氣采集分析環(huán)節(jié)提供一條方便有效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù) 途徑。
權(quán)利要求
1.一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)，包括電控單元(1)、中空金屬管O)、前端壓力 表？工(3)、末端壓力表P2 (4)、前端高溫溫度傳感器T1^、末端高溫溫度傳感器T2 (6)、空氣壓 縮機(jī)(7)、空燃比分析儀(8)、尾氣采集分析儀(9)、碳煙顆粒分析儀(10)、廢氣采集器(11)、 冷卻套(1 、穩(wěn)壓腔(1 ；其特征在于還包括，尾氣采集探頭S1 (14)，尾氣采集探頭& (15)， 尾氣采集探頭& (16)，尾氣采集探頭、(17)，尾氣采集探頭& (18)、電磁閥Vai (19)，電磁閥 Va2 (20)，電磁閥Va3 (21)，電磁閥Va4 (22)，電磁閥Vb (23)，電磁閥Vci (24)，電磁閥Vc2 (25)，電 磁閥Vc3 (26)，電磁閥Vc4 (27)，電磁閥Vc5 (28)，電磁閥Vc6 (29)；所述的尾氣采集探頭S1 (14)， 尾氣采集探頭& (15)，尾氣采集探頭& (16)，尾氣采集探頭、(17)，尾氣采集探頭& (18) 分別與發(fā)動機(jī)的四個(gè)尾氣歧管和后處理裝置之后的排氣管相連，并分別通過所述的電磁閥 Vai (19)，電磁閥Va2 (20)，電磁閥Va3(21)，電磁閥Va4(22)，電磁閥Vb (23)與中空金屬管(2) 相連，使尾氣能夠進(jìn)入管路中；所述的空氣壓縮機(jī)(7)、空燃比分析儀(8)、尾氣采集分析儀 (9)、碳煙顆粒分析儀(10)、廢氣采集器(11)分別通過電磁閥V。2(25)，電磁閥V。3(26)，電 磁閥Vc407)，電磁閥Vc508)，電磁閥Vcd29)與中空金屬管(2)相連，使高壓空氣能夠進(jìn)入 管路，同時(shí)也使管路中的尾氣能夠進(jìn)入到各采集分析裝置中；空氣壓縮機(jī)(7)通過電磁閥 Vci (24)與冷卻套(12)相連，冷卻套(12)套在中空金屬管(2)中段，穩(wěn)壓腔(13)與中空金 屬管⑵尾端相連；控制電控單元⑴通過信號線與上述的各個(gè)電磁閥相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于由前端壓力表P1CB)和前端高溫溫度傳感器T1^監(jiān)測排氣溫度及壓力，空燃比分析儀 ⑶、尾氣采集分析儀(9)、碳煙顆粒分析儀(10)通過電磁閥^26)，電磁閥，電磁 閥Vc508)與中空金屬管(2)相連，對尾氣進(jìn)行監(jiān)測和分析；當(dāng)需要對各缸燃燒狀況、缸間 變動以及不同燃燒組分的尾氣進(jìn)行分別采集對比時(shí)，將尾氣采集探頭S1 (14)，尾氣采集探 頭，尾氣采集探頭& (16)，尾氣采集探頭、(17)分別與發(fā)動機(jī)的四個(gè)尾氣歧管相連， 通過電控單元(1)控制電磁閥Vai (19)，電磁閥Va2 (20)，電磁閥Va3 (21)，電磁閥Va4 (22), ^ 別開啟和關(guān)閉各缸的探測管路以實(shí)現(xiàn)對不同缸尾氣的采集；當(dāng)需要采集發(fā)動機(jī)的全部尾氣 并對后處理裝置前后的尾氣進(jìn)行對比時(shí)，通過電控單元(1)同時(shí)開啟電磁閥Vai (19)，電磁 閥VA2 00)，電磁閥Va3(21)，電磁閥Va402)，實(shí)現(xiàn)對多缸尾氣的同時(shí)采集，將采集探頭&和 后處理裝置之后的排氣管相連，并通過電磁閥Vb 與中空金屬管( 連接，同樣由電控 單元(1)關(guān)閉電磁閥Vai (19)，電磁閥Va2 (20)，電磁閥Va3 (21)，電磁閥Va4 (22)，并開啟電磁 閥實(shí)現(xiàn)對后處理后的尾氣進(jìn)行采集分析，并與處理前的尾氣進(jìn)行對比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于將空氣壓縮機(jī)(7)通過電磁閥Vc205)與中空金屬管(2)連接，當(dāng)切換采集各缸及后處 理前后的尾氣時(shí)，首先關(guān)閉電磁閥Vai (19)，電磁閥Va2 (20)，電磁閥Va3 (21)，電磁閥Va4 (22)， 電磁閥VJ23)，并打開電磁閥Vc2 05)，由空氣壓縮機(jī)(7)內(nèi)的高壓氣體清除中空金屬管(2) 內(nèi)的殘余廢氣，以保證測量精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于空氣壓縮機(jī)(7)通過電磁閥Va 04)與冷卻套(12)相連，冷卻套(12)套在中空金屬管 (2)中段，當(dāng)尾氣從中空金屬管O)內(nèi)流過時(shí)對其進(jìn)行降溫，在冷卻套(12)后安裝末端壓 力表P2(4)和末端高溫溫度傳感器T2 (6)以監(jiān)測冷卻后的排氣溫度及壓力，在之后的位置將 廢氣采集器(11)通過V。J29)與中空金屬管( 相連接，使尾氣能夠收集到采集罐或采集袋，使得尾氣得以保存并滿足不同要求的測試；穩(wěn)壓腔(13)與中空金屬管(2)尾端相連實(shí) 現(xiàn)對尾氣的消音處理。
全文摘要
一種多缸發(fā)動機(jī)尾氣聯(lián)合采集系統(tǒng)及其控制方法涉及可以快速切換并獨(dú)立采集及分析各缸及排氣各階段尾氣的裝置。該裝置主要包括尾氣聯(lián)合采集裝置、冷卻水套、空氣壓縮機(jī)、壓力表、高溫溫度傳感器及表頭、空燃比分析儀、尾氣分析儀、尾氣碳煙顆粒分析儀、廢氣采集器以及電磁閥等。其優(yōu)點(diǎn)是可以快速便捷且準(zhǔn)確的應(yīng)用一套尾氣采集分析裝置對多缸發(fā)動機(jī)各缸各工況的尾氣進(jìn)行采集并分析。該裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、易于制造且操作容易、降低了設(shè)備采購及使用成本，同時(shí)該系統(tǒng)還具有優(yōu)良的適應(yīng)性和擴(kuò)展性，可以很方便的對接不同型號發(fā)動機(jī)。即可以用于發(fā)動機(jī)制造廠的排放試驗(yàn)室，還可以用于大專院校及科研機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)室等，具有廣泛市場前景和較好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G01N1/22GK102062705SQ20101053210
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉曉龍, 朱永明, 梁晨, 紀(jì)常偉, 高彬彬 申請人:北京工業(yè)大學(xué)