CN101451914B - 测量催化器起燃温度的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开测量车用催化器起燃温度的设备及方法，该设备由发动机、热交换系统、温度传感器、控制单元组成；发动机排出的气体分为两路，第一路与热交换系统进行热量交换并与第二路混合后再送往车用催化器入口，温度传感器位于车用催化器入口的前端；控制单元将混合气体的实际温度与预设温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。该方法包括控制车用催化器入口处温度的步骤：将发动机排出的气体分为两路，第一路与热交换系统进行热量交换后与第二路混合后再送往车用催化器入口；温度传感器测量车用催化器入口处混合气体的实际温度；控制单元将实际温度与预设温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。本发明能准确测量起燃温度。

Description

测量催化器起燃温度的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种测量车用催化器起燃温度的设备，本发明还涉及一种测量车用催化器起燃温度的方法。
背景技术
起燃温度是用于评价车用催化器(三元催化器)的催化转化能力的一个重要的指标。起燃温度是指在一定的空速、一定的过量空气系数下，排放污染物的转化率达到50％时车用催化器的温度。发动机工作时，温度变化比较快，且其排放温度很容易就超过起燃温度，如果不采取措施，很难寻找到起燃温度。为了获得车用催化器的起燃温度，常采用的方法有延长发动机的排气管，以使得到达车用催化器的温度降低。但是不同的发动机，需要延长和变更排气管，操作麻烦。且这种方法也会容易造成到达车用催化器入口处的温度不稳定，容易造成所测得的起燃温度也不准确。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种测量车用催化器起燃温度的设备，能够准确地测得起燃温度。
本发明要解决的第二个技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种测量车用催化器起燃温度的设备，通过该方法能够准确地测得起燃温度。
本发明的第一个技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种用于测量车用催化器起燃温度的设备，由发动机、热交换系统、温度传感器、控制单元组成；所述发动机排出的气体分为第一路气体和第二路气体，第一路气体与热交换系统进行热量交换并与第二路气体混合后再送往车用催化器入口，所述温度传感器位于所述车用催化器入口的前端，用于测量车用催化器入口处的混合气体的实际温度并输出给控制单元；所述控制单元连接在温度传感器和热交换系统之间，用于将预设温度与混合气体的实际温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。
优选地，所述热交换系统包括冷却池，电动阀和用于与第一路气体进行热量交换的热交换器；冷却介质从冷却池中流出后经电动阀流向热交换器再流回冷却池；所述控制单元与电动阀相连，所述电动阀根据控制信号相应调节流过热交换器的冷却介质的量。
所述冷却介质为水，所述热交换系统还包括水泵，所述水泵用于将水从冷却池中泵出并使水流向电动阀。
所述热交换系统还包括稳压稳流阀，所述稳压稳流阀连接在水泵和电动阀之间，用于稳定流过电动阀的水量和水压。
所述热交换器为板式热交换器。
本发明的第二个技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种测量车用催化器起燃温度的方法，包括控制车用催化器入口处温度的步骤，所述控制车用催化器入口处温度的步骤具体包括如下步骤：
A.将发动机排出的气体分为第一路气体和第二路气体，第一路气体与热交换系统进行热量交换后与第二路气体混合后再送往车用催化器入口；
B.温度传感器测量车用催化器入口处混合气体的实际温度；
C.控制单元将温度传感器测量出的实际温度与预设温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。
优选地，所述热交换系统包括冷却池，电动阀和用于与第一路气体进行热量交换的热交换器；冷却介质从冷却池中流出后经电动阀流向热交换器再流回冷却池；所述控制单元与电动阀相连，所述电动阀根据控制信号相应调节流过热交换器的冷却介质量。
所述步骤C中，控制单元将温度传感器测量出的实际温度与预设温度进行比较后，判断两者的差值是否在预设值内，如果是则停止对电动阀调节，如果否将所述差值进行比例、积分、微分处理后获得控制电动阀开度的控制信号并输出给电动阀。
本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明的用于测量车用催化器起燃温度的设备能够准确地控制催化器的入口温度，从而使得通过催化器的气体温度比较恒定，进而使测量出的车用催化器的起燃温度较为准确。本发明的用于测量车用催化器起燃温度的设备无需更改发动机的排气管，能够适应各种不同型号的、功率范围较广的发动机。本发明的自动化程度较高、成本较低，在实践中容易得到应用。
本发明的测量车用催化器起燃温度的方法，包括控制车用催化器入口处温度的步骤，通过该步骤可以准确地控制车用催化器入口处的温度，为准确测量车用催化器的起燃温度提供基础。
本发明通过判断实际温度与预设温度的差值是否在预设值内，并在是时停止对电动阀调节，在否时进行相应调整。实现较快、较精确地对车用催化器入口处的温度进行控制。从而实现较快、较精确地测量车用催化器的起燃温度。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种用于测量车用催化器起燃温度的设备，包括发动机1、热交换系统、温度传感器3、控制单元4；所述发动机1排出的气体通过一个三通节点分为第一路气体和第二路气体，第一路气体与热交换系统进行热量交换并与第二路气体混合后再送往车用催化器5入口，所述温度传感器3位于所述车用催化器5入口的前端；所述控制单元4连接在温度传感器3和热交换系统之间，用于将温度传感器3采集的混合气体的温度与预设温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。
所述热交换系统包括冷却池21、智能电动调节阀(简称：电动阀)22、用于与第一路气体进行热量交换的热交换器23；所述冷却介质从冷却池21中流出后经电动阀流向热交换器23再流回冷却池；所述控制单元4与电动阀相连，所述电动阀根据控制信号相应调节自身的开度，进而调节流过热交换器23的冷却介质的量。所述冷却介质一般为水，所述热交换系统还包括水泵，所述水泵用于将水从冷却池21中泵出并使水流向电动阀。
所述热交换系统还包括稳压稳流阀(图中未示出)，所述稳压稳流阀连接在水泵和电动阀之间，用于稳定流过电动阀的水量和水压。本发明通过在水泵和电动阀之间设置稳压稳流阀，可以使得通过电动阀的数量及水压稳定，避免了冷却源的不稳定而造成即使是同一个阀门开度也会造成冷却量的不一致，保证了控制不被冷却介质波动的干扰，避免过于频繁地调节电动阀(电动阀本身也不能承受太高的调节频率)，而达到控制混合气体温度的目的。
所述热交换器23为交换效率高的板式热交换器。假设发动机的最大功率为P，则其排放的热量可以按照P×40％计算；热交换器23可以将该排放的热量作为热交换的参照点。所述车用催化器5可以安装在混合后的第一路气体和第二路气体的适当后方(如：气体混合后一米处)，使得第一路气体和第二路气体能够混合得比较均匀，进而使到达车用催化器5的混合气体的温度比较稳定。
所述用于测量车用催化器起燃温度的设备还可包括测功机6，所述测功机6与控制单元4相连，所述测功机6可以测量出发动机1当前的功率，并在控制单元4的控制下将发动机1当前的功率调整到预设功率上。
本发明的热交换系统采用外部循环水的方式，可以更精确地调节热交换量。控制单元4对电动阀发出控制信号，通过调节电动阀的开度改变流过热交换器23的水量，进而控制通过车用催化器的气体温度，从而使得通过催化器的气体温度比较稳定，可以适应不同型号的发动机及催化器。外部循环水的路线为：冷却池21→水泵→稳压稳流阀→电动阀→热交换器23→冷却池21。
一种测量车用催化器起燃温度的方法，包括控制车用催化器入口处温度的步骤，所述控制车用催化器入口处温度的步骤具体包括如下步骤：
第一步：将发动机排出的气体分为第一路气体和第二路气体，第一路气体与热交换系统进行热量交换后与第二路气体混合再送往车用催化器入口。所述热交换系统包括冷却池、电动阀、用于与第一路气体进行热量交换的热交换器；所述冷却介质从冷却池中流出后经电动阀流向热交换器再流回冷却池。
第二步：温度传感器测量车用催化器入口处混合气体的实际温度。
第三步：控制单元将温度传感器测量出的实际温度与预设温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。具体而言，控制单元将控制信号输出给热交换系统的电动阀，所述电动阀根据控制信号相应调节流过热交换器的水量。
本发明通过对目标温度误差(实际温度θk与预设温度θd之差)进行标定，可以较快、较精确地进行温度控制。具体做法如下：控制单元将温度传感器测量出的实际温度θk与预设温度θd进行比较后，判断两者的差值是否在预设值Δ内，如果是则停止对电动阀调节，如果否将所述差值进行比例(P)、积分(I)、微分(D)处理后获得控制电动阀开度的控制信号并输出给电动阀。一般地，如果实际温度θk高于预设温度θd，控制单元就给出相应控制信号，加大电动阀的开度，让水带走更多的热量；反之则减少开度。通过控制电动阀动作的频率，可以提高控制准确度。
由于发动机的排气温度的变化范围较大，且由于排气是脉动的，这样就造成了热源的脉动，单纯地利用一个PID算法无法很好地进行温度控制，或者即使可以比较好地进行温度控制，也可能会造成需要较长的稳定时间，本发明的控制方法依靠对目标温度误差范围标定，可以较快、较精确地进行温度控制。当预设值Δ较大时，温度可以较快稳定，但控制精度差，容易造成温度不准确。反之，当预设值Δ较小时，最终温度在较长的过渡过程后将较为准确；但可能会使系统出现较大的振荡。因此，选取合适的预设值Δ显得尤为重要。实际操作中，可以在调试过程中，对不同的Δ值进行试验，选取一个理想的Δ值，并作为一个常数记入控制单元内。
本发明实现稳定控制车用催化器入口处温度后，可以精确地求得车用催化器起燃温度。求得车用催化器起燃温度的方法如下：按标准要求的空速及过量空气系统让发动机工作，在车用催化器入口温度为T1～T2(如：200～500℃)的范围内，以t(如20℃)的间隔逐步改变，待车用催化器入口温度稳定(即温度传感器测量出的实际温度与预设温度的差值在预设值内)后，测量车用催化器前后的排放浓度值，以入口温度为横坐标，转化率为纵坐标，绘制起燃温度特性曲线。以直线差值法，求出催化器对各种污染物的转化率达到50％时的温度(即：起燃温度)。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于测量车用催化器起燃温度的设备，其特征在于：由发动机、热交换系统、温度传感器、控制单元组成；所述发动机排出的气体分为第一路气体和第二路气体，第一路气体与热交换系统进行热量交换并与第二路气体混合后再送往车用催化器入口，所述温度传感器位于所述车用催化器入口的前端，用于测量车用催化器入口处的混合气体的实际温度并输出给控制单元；所述控制单元连接在温度传感器和热交换系统之间，用于将预设温度与混合气体的实际温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。
2.根据权利要求1所述的测量车用催化器起燃温度的设备，其特征在于：所述热交换系统包括冷却池，电动阀和用于与第一路气体进行热量交换的热交换器；冷却介质从冷却池中流出后经电动阀流向热交换器再流回冷却池；所述控制单元与电动阀相连，所述电动阀根据控制信号相应调节流过热交换器的冷却介质的量。
3.根据权利要求2所述的测量车用催化器起燃温度的设备，其特征在于：所述冷却介质为水，所述热交换系统还包括水泵，所述水泵用于将水从冷却池中泵出并使水流向电动阀。
4.根据权利要求3所述的测量车用催化器起燃温度的设备，其特征在于：所述热交换系统还包括稳压稳流阀，所述稳压稳流阀连接在水泵和电动阀之间，用于稳定流过电动阀的水量和水压。
5.根据权利要求2-4任一所述的测量车用催化器起燃温度的设备，其特征在于：所述热交换器为板式热交换器。
6.一种测量车用催化器起燃温度的方法，其特征在于：包括控制车用催化器入口处温度的步骤，所述控制车用催化器入口处温度的步骤具体包括如下步骤：
A.将发动机排出的气体分为第一路气体和第二路气体，第一路气体与热交换系统进行热量交换后与第二路气体混合后再送往车用催化器入口；
B.温度传感器测量车用催化器入口处混合气体的实际温度；
C.控制单元将温度传感器测量出的实际温度与预设温度进行比较并生成相应控制信号输出至热交换系统。
7.根据权利要求6所述的测量车用催化器起燃温度的方法，其特征在于：所述热交换系统包括冷却池，电动阀和用于与第一路气体进行热量交换的热交换器；冷却介质从冷却池中流出后经电动阀流向热交换器再流回冷却池；所述控制单元与电动阀相连，所述电动阀根据控制信号相应调节流过热交换器的冷却介质量。
8.根据权利要求7所述的测量车用催化器起燃温度的方法，其特征在于：所述步骤C中，控制单元将温度传感器测量出的实际温度与预设温度进行比较后，判断两者的差值是否在预设值内，如果是则停止对电动阀调节，如果否将所述差值进行比例、积分、微分处理后获得控制电动阀开度的控制信号并输出给电动阀。
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