CN102213705B

CN102213705B - 一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置

Info

Publication number: CN102213705B
Application number: CN201010137537.4A
Authority: CN
Inventors: 詹道勇
Original assignee: SHANGHAI AEROSPACE AUTOMOBILE ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI AEROSPACE AUTOMOBILE ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: CN102213705A

Abstract

本发明涉及一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置，包括气瓶、配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、排气管、温控装置、上位机、控制装置，所述的排气管上装有尾气检测装置，并设有待测氧传感器安装孔，待测氧传感器安装孔用于待测氧传感器，所述的气瓶、配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、排气管通过管道依次连接，所述的控制装置分别与配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、尾气检测装置、待测氧传感器、温控装置、上位机连接，所述的温控装置分别与燃烧装置、排气管连接。与现有技术相比，本发明具有测试精度高、闭环控制等优点。

Description

一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种氧传感器性能测试装置，尤其是涉及一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置。

背景技术

在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于燃料混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向发动机电控单元发出反馈信号，再由发动机电控单元控制喷油器喷油量的增减，从而将燃料混合气的空燃比控制在理论值附近。氧传感器的性能差异将直接影响发动机电控单元控制结果，导致发动机性能和燃油经济性降低，更会损坏三元催化转换器，所以需要一个能对其性能进行精确比较、测试的装置。

目前测试氧传感器的性能装置大都需要使用汽车或发动机台架制造尾气环境，结构比较复杂，成本较高。由于采用的燃料是液态燃料，不便于迅速改变燃料混合气的浓度，实现尾气中氧含量的突变，不能满足考察氧传感器动态响应特性的要求；也有人采用了气态CxHy燃料代替燃油的做法，但是仍然存在很多的缺陷：

1、辅助燃烧气体直接由气泵泵入空气，而空气中的氧含量是变化的，使得通过流量计算出的空燃比存在误差；

2、由于传统的配气装置采用电磁阀、玻璃转子流量计等装置进行混合燃料气体的空燃比配制，但是这样的装置在要求快速、精确调配混合气体空燃比方面，并不能很好兼顾到两个方面的要求。在满足快速的要求下，就会降低混合燃料气体空燃比的精确性，反之亦然。

3、汽车或发动机台架在不同工况下的尾气流速是不同的，现有专利文献公开的相关氧传感器性能测试系统没有尾气流速控制环节，使得这些装置不能如实的模拟汽车或发动机的尾气环境，测试出的氧传感器输出信号数据和实际情况出现偏差；

4、现有专利文献公开的相关氧传感器性能测试系统，对空燃比只是开环控制，不能满足高精度空燃比控制的要求；

5、现有专利文献公开的相关氧传感器性能测试系统的燃烧装置较为简单，燃烧的效率较低，使得氧传感器的输出信号携带较多的杂波，影响氧传感器的输出数据的采集，往往造成数据失效。

综上，目前的氧传感器性能测试装置或结构复杂、价格昂贵，或是在控制精度、真实模拟尾气环境方面尚不能精确、全面的评价氧传感器的性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种闭环控制的模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置，其特征在于，包括气瓶、配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、排气管、温控装置、上位机、控制装置，所述的排气管上设有尾气检测装置、待测氧传感器安装孔，待测氧传感器安装孔安装有待测氧传感器，所述的气瓶、配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、排气管通过管道依次连接，所述的控制装置分别与配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、尾气检测装置、待测氧传感器、温控装置、上位机连接，所述的温控装置分别与燃烧装置、排气管连接。

所述的气瓶包括辅助燃烧气体气瓶、气体燃料气瓶。

所述的配气装置包括截断阀、减压阀、调节阀、分配阀、高精度数字流量计、压力表，所述的气瓶的气体依次经过截断阀、减压阀、调节阀后，通过压力表读取气体压力值，通过高精度数字流量计控制流量，最后通过分配阀输出混合燃料气体至燃烧装置。

所述的燃烧装置包括止回阀、安全阀、燃烧室、点火装置，混合燃料气体依次经过止回阀、安全阀后进入燃烧室，所述的点火装置点燃混合燃料气体，使其充分燃烧后生成尾气。

所述的尾气流速控制装置包括气泵、流速控制阀，该气泵、流速控制阀控制尾气流速。

所述的温控装置包括温度传感器、第一加热器、第二加热器、外循环冷却系统、温度控制单元，所述的温度传感器、第一加热器安装在燃烧装置上，所述的第二加热器、外循环冷却系统安装在排气管上，所述的温度控制单元根据控制装置的控制信号和温度传感器的采样信号来控制第一加热器、第二加热器、外循环冷却系统的启动或关断。

所述的控制装置包括控制单元、数据采集单元、信号输出单元。

所述的尾气检测装置设有2个，2个尾气检测装置之间设有间隙。

所述的高精度数字流量计根据控制装置的控制信号来控制气体流量。

所述的点火装置设有多个。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、空燃比的精确控制：该燃烧测试台的辅助气体采用精确配比的N₂、O₂混合气体，而不是直接由气泵从空气泵入，同时在输出装置上装有高精度的流量计，可确保达到精确控制混合燃料气体空燃比的要求，可以精确测试氧传感器静态响应特性。

2、由于采用了高精度的数字流量计，通过控制装置的控制信号，可以快速的调节混合燃料气体的空燃比，同时保证混合燃料气体的空燃比的精确性，使得尾气中的氧含量可以实现快速突变，可以精确测试氧传感器动态响应特性。

3、尾气流速控制、检测功能：该燃烧测试台设有尾气流速控制、检测设备，能更加真实的模拟汽车或是发动机台架在各种工况下的尾气环境，可以更好的反映氧传感器的性能。

4、闭环系统控制：该燃烧测试台装有尾气检测装置，可以对尾气的氧含量和流速进行精确检测，同时将信号反馈给控制系统，由控制系统进行空燃比闭环控制、流速闭环控制。

5、高效的燃烧装置：精确控制进入燃烧装置的混合气体的压力，同时设置2-5个点火装置，使得混合气体在燃烧装置中高效率燃烧，避免氧传感器输出信号杂波的产生。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、图2所示，一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置，主要由辅助燃烧气体气瓶11与气体燃料气瓶12组成气瓶1提供混合燃料气体；由截断阀21、减压阀22、调节阀23、分配阀26、高精度数字流量计25、压力表24组成辅助燃烧气体的配气装置2；由止回阀31、安全阀32、点火装置33、燃烧室34组成燃烧装置3；由气泵及流速控制阀组成尾气流速控制装置4；由不锈钢管体72、尾气检测装置5(替换51、52)、待测氧传感器安装孔71组成排气管；由温度传感器61、外循环冷却系统64、第一加热器62、第二加热器63和温度控制单元65组成温控装置6；由控制单元81、数据采集单元82、信号输出单元83组成控制装置8；由工控机91、通信模块92组成上位机9。

辅助燃烧气体气瓶11与气体燃料气瓶12通过配气装置的截断阀21、减压阀22、调节阀23、分配阀26、高精度数字流量计25、压力表24调配成混合燃料气体，混合燃料气体的空燃比由控制装置8控制高精度数字流量计25的流量来实现。混合燃料气体经止回阀31、安全阀32进入燃烧室34，由多个点火装置33使得混合燃料气体稳定充分的燃烧生成需要的尾气。生成的尾气流速再由气泵及流速控制阀组成尾气流速控制装置4来得到，目标流速由控制装置8给定。排气管7的不锈钢管体72安装有尾气检测装置5、外循环冷却系统64和第二加热器63，并设有待测氧传感器安装孔71。尾气检测装置5把尾气的流速和氧含量信号反馈给控制装置8形成流速闭环控制系统和空燃比闭环控制系统。

温控装置由温度传感器61、外循环冷却系统64、第一加热器62、第二加热器63和温度控制单元65组成，温度控制单元65根据控制装置8的控制信号和温度传感器61的反馈信号来启动或关断第一加热器62、第二加热器63、外循环冷却系统64，形成温度闭环控制系统控制燃烧室34和排气管7的温度。

由上位机9的工控机91进行控制装置提交的相关数据的分析、显示、存储，通信模块92完成与控制装置8进行通讯工作。

辅助燃烧气体根据应用场合可选择不同配比的混合气体，包括氧气、氮气、氢气、一氧化氮、一氧化碳、水蒸气等混合气体，本例中采用精确配比的氧气、氮气、氢气、一氧化氮、一氧化碳、水蒸气的压缩气体，避免因采用空气而无法精确氧气含量，从而无法精确计算测试混合燃料气体的空燃比，同时精确模拟发动机的尾气环境。

所述的气体燃料气瓶的气体燃料可选取丙烯或其他汽车用气体燃料。

本发明利用气体燃料和精确配比的O₂、N₂等混合气燃烧产生的气体来模拟汽车的尾气环境，通过高精度数字流量计25精确控制气体的流量变化，同时采用尾气检测装置5反馈尾气氧含量信号的空燃比闭环控制，可以精确得到不同空燃比的混合气体燃料，利用多个点火装置33，实现不同空燃比的混合燃料气体的高效率燃烧。由于高精度数字流量计25可以进行快速的流量控制，迅速的改变混合燃料气体的空燃比，实现尾气氧浓度的快速转换，这种结构可以模拟汽车尾气氧浓度突变的环境，满足氧传感器动态响应特性测试的要求。

Claims

1.一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置，其特征在于，包括气瓶、配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、排气管、温控装置、上位机、控制装置，所述的排气管上装有尾气检测装置，并设有待测氧传感器安装孔，待测氧传感器安装孔用于待测氧传感器，所述的气瓶、配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、排气管通过管道依次连接，所述的控制装置分别与配气装置、燃烧装置、尾气流速控制装置、尾气检测装置、待测氧传感器、温控装置、上位机连接，所述的温控装置分别与燃烧装置、排气管连接；

所述的配气装置包括截断阀、减压阀、调节阀、分配阀、高精度数字流量计、压力表，所述的气瓶的气体依次经过截断阀、减压阀、调节阀后，通过压力表读取气体压力值，通过高精度数字流量计控制流量，最后通过分配阀输出混合燃料气体至燃烧装置；

所述的温控装置包括温度传感器、第一加热器、第二加热器、外循环冷却系统、温度控制单元，所述的温度传感器、第一加热器安装在燃烧装置上，所述的第二加热器、外循环冷却系统安装在排气管上，所述的温度控制单元根据控制装置的控制信号和温度传感器的采样信号来控制第一加热器、第二加热器、外循环冷却系统的启动或关断；

所述的控制装置包括控制单元、数据采集单元、信号输出单元；所述的尾气检测装置设有2个，2个尾气检测装置之间设有间隙；所述的高精度数字流量计根据控制装置的控制信号来控制气体流量；所述的燃烧装置包括止回阀、安全阀、燃烧室、点火装置，混合燃料气体依次经过止回阀、安全阀后进入燃烧室，所述的点火装置点燃混合燃料气体，使其充分燃烧后生成尾气；所述的点火装置设有多个。

2.根据权利要求1所述的一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置，其特征在于，所述的气瓶包括辅助燃烧气体气瓶、气体燃料气瓶。

3.根据权利要求1所述的一种模拟汽车工况的氧传感器性能测试装置，其特征在于，所述的尾气流速控制装置包括气泵、流速控制阀，该气泵、流速控制阀控制尾气流速。