CN106644611A - 发动机高原模拟系统排放取样测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，包括低气压区域和发动机，所述发动机分别通过进气管和排气歧管与低气压区域连接，其特征在于：所述排气歧管附近设置有取样分析装置，所述取样分析装置上设置有进气口与排气口，所述进气口通过取气管与排气歧管连通，所述排气口通过压力平衡管与低气压区域连通。本发明一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备可克服模拟高原环境下系统管路内外的压力差，使对发动机废气进行取样的取样空腔有足够的废气气流通过，确保对废气顺利取样。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体取样分析设备，具体涉及发动机高原模拟系统排放取样测试设备。
背景技术
在高原地区，大气压力降低，空气密度下降，所以发动机的进排气特性会和平原地区不同，为了准确掌握发动机在高原环境下的各种特性，我们需要在高原环境中对发动机进行测试。
自然环境各种因素不受控制，难以得到准确的实验结果，所以为了能够获得准确的测试结果，我们需要把发动机置于人工模拟的高原环境中进行测试，人工模拟的高原环境受到人工控制，其相关条件指标可以精确控制，得到的测试结果也比较精确。
为了模拟高原的低气压，最简单的方法是把发动机置于一个房间，并把这个房间里的大气压力降低到需要模拟的海拔，如果有必要再控制温度、湿度、化学组分等各种因素。这种方法的最大问题在于房间内外侧的大气压力差异太大，如果外界大气压接近标准大气压，房间内的大气压如果需要模拟5000m海拔高度的话，房间内外的大气压差异可以达到半个大气压，为了承受这种压差载荷，房间的墙壁强度要求特别高，甚至需要2m厚的混凝土。而且很多穿墙的零件会在墙壁上造成很多强度薄弱处，甚至有些穿墙零部件甚至是活动的。在这种情况下，墙壁、密封等设计建造的难度极大，该测试房间的成本也极高。
另一种方法是针对发动机的特性，寻找其受气压影响较大的部分，只把这部分置于低气压环境中，而其他的部分置于普通大气压力环境中，该方法称为部分低气压测试方法。这样不需要把整个房间内部的压力降低，只有较小的部分需要考虑大气压力差的影响，而这些部分往往容易设计建造出承受巨大压力差的结构。如欧洲专利EP2295950A1、中国专利CN200910244965.4等，都是按照这种思路来设计的。该系统建立一个低气压区域，该区域由管路和罐体组成，发动机的进排气系统接入低气压区域，另外一些对大气压敏感的部分也接入低气压的区域。
但是这种方案有一个缺点，就是难以对排放的废气进行取样。发动机废气的组分事关发动机性能，尤其跟排放污染指标相关，发动机实验中对废气的取样和测量十分关注。在普通大气压环境下的发动机实验中，发动机排气歧管内的压力大于环境压力，在测量废气组分时，只需要在排气歧管上钻孔，并利用发动机排气歧管和大气环境的压力差，就可以让废气从小孔中流出，只要采集这部分气体即可完成对废气的取样。
对于部分低气压的测试方法而言，为了模拟高原环境，发动机排气歧管接入的管路内部气体压力比外界大气压小，排气歧管中的废气不会自然的向外流出。最严重的情况下管路内外的压力差可能有半个大气压。虽然有些废气采样设备自带了抽吸能力，但是其抽吸能力有限，无法克服巨大的压力差，如果需要克服巨大的压差，则废气采样设备的成本则会居高不下。
而如果不在发动机排气歧管取气，而是在低气压区域的下游也就是回复了常规大气压的区域对排放气体进行取样的话，排放气体由于流经很长的管路，其中的碳颗粒会附着在管壁上，导致最终取得的样本中碳颗粒含量减少。另外发动机排出的高温气体仍然在发生化学反应，流过的管路越长，反应就越多，最后取得的样本中的含量和刚刚流出燃烧室比，会有较大的差异，导致测量不准。
发明内容
本发明的目的是：提供一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，可克服模拟高原环境下系统管路内外的压力差，使对发动机废气进行取样的取样空腔有足够的废气气流通过，确保对废气顺利取样。
为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，包括低气压区域和发动机，所述发动机分别通过进气管和排气歧管与低气压区域连接，所述排气歧管附近设置有取样分析装置，所述取样分析装置上设置有进气口与排气口，所述进气口通过取气管与排气歧管连通，所述排气口通过压力平衡管与低气压区域连通。
进一步的，所述取气管与排气歧管的连通处具体位于靠近排气歧管与发动机的连接处。
进一步的，所述取样分析装置包括取样空腔与气体分析设备；所述取样空腔内设置有气体流动装置。
进一步的，包括控制器，所述进气口内设置有第一气压传感器，所述排气口内设置有第二气压传感器；所述取气管上设置有第一电磁阀，所述压力平衡管上设置有第二电磁阀。
进一步的，所述控制器分别与气体流动装置、第一气压传感器、第二气压传感器、第一电磁阀以及第二电磁阀电性连接。
本发明的有益效果为：一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，通过取气管、压力平衡管、取样空腔、气体分析设备、气体流动装置、气压传感器以及控制器的综合利用，实现克服模拟高原环境下系统管路内外的压力差，使对发动机废气进行取样的取样空腔有足够的废气气流通过，确保对发动机排气歧管中的废气顺利取样，从而保证气体分析结果的准确性，并且控制器可根据两个气压传感器检测到的气压差来实时调节气体流动装置，对发动机排气歧管中废气的取样能力强，自动化程度较高。
附图说明
图1为本发明一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备的结构示意图。
图2为本发明一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备的工作原理模块示意图。
图3为本发明一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备的实施例1的取样分析装置示意图。
图4为本发明一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备的实施例2的取样分析装置示意图。
图5为本发明一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备的实施例3的取样分析装置示意图。
图中：1、取气管；2、压力平衡管；3、进气口；4、排气口；5、取样分析装置；6、取样空腔；7、气体分析设备；8、气体流动装置；9、第一气压传感器；10、第二气压传感器；11、控制器；12、第一电磁阀；13、第二电磁阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1、图2以及图3，一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，包括低气压区域和发动机，所述发动机分别通过进气管和排气歧管与低气压区域连接，所述排气歧管附近设置有取样分析装置5，所述取样分析装置5上设置有进气口3与排气口4，所述进气口3通过取气管1与排气歧管连通，所述取气管1用于将发动机的排气歧管中的废气经过进气口3传输进入取样分析装置5，所述排气口4通过压力平衡管2与低气压区域连通，所述压力平衡管2用于将取样分析装置5中的废气经过排气口4传输至发动机高原模拟系统低气压区域的压力取样管。
所述取气管1与排气歧管的连通处具体位于靠近排气歧管与发动机的连接处，可使从发动机排出后刚进入排气歧管的废气被取气管1吸取，进而保证取样及分析检测结果的准确性与可靠性。
所述取样分析装置5包括取样空腔6与气体分析设备7，所述取样空腔6容纳取气管1输入的废气从而实现对废气的取样，所述气体分析设备7用于对取样分析装置5中的废气成分进行监测分析；所述取样空腔6内设置有气体流动装置8，所述气体流动装置8用于克服进气口3与排气口4之间的压力差，确保取样分析装置5内废气气体的流动性。
包括控制器11，所述进气口3内设置有第一气压传感器9，所述排气口4内设置有第二气压传感器10；所述取气管1上设置有第一电磁阀12，所述压力平衡管2上设置有第二电磁阀13。
所述控制器11分别与气体流动装置8、第一气压传感器9、第二气压传感器10、第一电磁阀12以及第二电磁阀13电性连接。
所述第一气压传感器9用于实时检测进气口3处的气压值，并将数据传递至控制器11；所述第二气压传感器10用于实时检测排气口4处的气压值，并将数据传递至控制器11。
所述第一电磁阀12用于控制取气管1的通断；所述第二电磁阀13用于控制压力平衡管2的通断。
所述控制器11具体为PLC，用于实现整体智能化控制。
所述气体分析设备7与外部电脑连接，且气体分析设备7分析出的废气各组成成分及各组分的百分比由电脑显示。
所述取气管1和压力平衡管2采用高强度管材，可承受较大的压力差，保证安全性与可靠性。
所述气体流动设备8可为电机与叶轮组合或者微型增压气泵，且功率可在一定范围内调整。
所述气体分析设备7与取样空腔6的一端连接。
实施例2
参考图1、图2以及图4，一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，包括低气压区域和发动机，所述发动机分别通过进气管和排气歧管与低气压区域连接，所述排气歧管附近设置有取样分析装置5，所述取样分析装置5上设置有进气口3与排气口4，所述进气口3通过取气管1与排气歧管连通，所述取气管1用于将发动机的排气歧管中的废气经过进气口3传输进入取样分析装置5，所述排气口4通过压力平衡管2与低气压区域连通，所述压力平衡管2用于将取样分析装置5中的废气经过排气口4传输至发动机高原模拟系统低气压区域的压力取样管。
所述取气管1与排气歧管的连通处具体位于靠近排气歧管与发动机的连接处，可使从发动机排出后刚进入排气歧管的废气被取气管1吸取，进而保证取样及分析检测结果的准确性与可靠性。
所述取样分析装置5包括取样空腔6与气体分析设备7，所述取样空腔6容纳取气管1输入的废气从而实现对废气的取样，所述气体分析设备7用于对取样分析装置5中的废气成分进行监测分析；所述取样空腔6内设置有气体流动装置8，所述气体流动装置8用于克服进气口3与排气口4之间的压力差，确保取样分析装置5内废气气体的流动性。
包括控制器11，所述进气口3内设置有第一气压传感器9，所述排气口4内设置有第二气压传感器10；所述取气管1上设置有第一电磁阀12，所述压力平衡管2上设置有第二电磁阀13。
所述控制器11分别与气体流动装置8、第一气压传感器9、第二气压传感器10、第一电磁阀12以及第二电磁阀13电性连接。
所述第一气压传感器9用于实时检测进气口3处的气压值，并将数据传递至控制器11；所述第二气压传感器10用于实时检测排气口4处的气压值，并将数据传递至控制器11。
所述第一电磁阀12用于控制取气管1的通断；所述第二电磁阀13用于控制压力平衡管2的通断。
所述控制器11具体为PLC，用于实现整体智能化控制。
所述气体分析设备7与外部电脑连接，且气体分析设备7分析出的废气各组成成分及各组分的百分比由电脑显示。
所述取气管1和压力平衡管2采用高强度管材，可承受较大的压力差，保证安全性与可靠性。
所述气体流动设备8可为电机与叶轮组合或者微型增压气泵，且功率可在一定范围内调整。
所述气体分析设备7位于取样空腔6内部。
实施例3
参考图1、图2以及图5，一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，包括低气压区域和发动机，所述发动机分别通过进气管和排气歧管与低气压区域连接，所述排气歧管附近设置有取样分析装置5，所述取样分析装置5上设置有进气口3与排气口4，所述进气口3通过取气管1与排气歧管连通，所述取气管1用于将发动机的排气歧管中的废气经过进气口3传输进入取样分析装置5，所述排气口4通过压力平衡管2与低气压区域连通，所述压力平衡管2用于将取样分析装置5中的废气经过排气口4传输至发动机高原模拟系统低气压区域的压力取样管。
所述取气管1与排气歧管的连通处具体位于靠近排气歧管与发动机的连接处，可使从发动机排出后刚进入排气歧管的废气被取气管1吸取，进而保证取样及分析检测结果的准确性与可靠性。
所述取样分析装置5包括取样空腔6与气体分析设备7，所述取样空腔6容纳取气管1输入的废气从而实现对废气的取样，所述气体分析设备7用于对取样分析装置5中的废气成分进行监测分析；所述取样空腔6内设置有气体流动装置8，所述气体流动装置8用于克服进气口3与排气口4之间的压力差，确保取样分析装置5内废气气体的流动性。
包括控制器11，所述进气口3内设置有第一气压传感器9，所述排气口4内设置有第二气压传感器10；所述取气管1上设置有第一电磁阀12，所述压力平衡管2上设置有第二电磁阀13。
所述控制器11分别与气体流动装置8、第一气压传感器9、第二气压传感器10、第一电磁阀12以及第二电磁阀13电性连接。
所述第一气压传感器9用于实时检测进气口3处的气压值，并将数据传递至控制器11；所述第二气压传感器10用于实时检测排气口4处的气压值，并将数据传递至控制器11。
所述第一电磁阀12用于控制取气管1的通断；所述第二电磁阀13用于控制压力平衡管2的通断。
所述控制器11具体为PLC，用于实现整体智能化控制。
所述气体分析设备7与外部电脑连接，且气体分析设备7分析出的废气各组成成分及各组分的百分比由电脑显示。
所述取气管1和压力平衡管2采用高强度管材，可承受较大的压力差，保证安全性与可靠性。
所述气体流动设备8可为电机与叶轮组合或者微型增压气泵，且功率可在一定范围内调整。
所述取样空腔6位于气体分析设备7内部。
本发明的工作原理为：取样空腔6内的气体流动设备8运转，产生抽吸力，使刚进入发动机的排气歧管内的废气经取气管1和进气口3进入取样分析装置5，此时气体分析设备7对取样空腔6所采取的废气样本进行检测分析，然后取样空腔6内的废气在压力作用下经排气口4和压力平衡管2输出，进入发动机高原模拟系统低气压区域的压力取样管，完成对废气的检测分析。
第一气压传感器9和第二气压传感器10分别对进气口3和排气口4处的气压值进行实时检测；一旦进气口3处的气压值低于排气口4处的气压值幅度过大，则此时控制器11加大气体流动装置8的功率，使进气口3处的废气可克服压力差到达排气口4，保证取样分析设备5内的废气气体流动性，确保对废气的检测分析过程顺利进行。
上述实施例用于对本发明作进一步的说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，包括低气压区域和发动机，所述发动机分别通过进气管和排气歧管与低气压区域连接，其特征在于：所述排气歧管附近设置有取样分析装置(5)，所述取样分析装置(5)上设置有进气口(3)与排气口(4)，所述进气口(3)通过取气管(1)与排气歧管连通，所述排气口(4)通过压力平衡管(2)与低气压区域连通。
2.根据权利要求1所述的一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，其特征在于：所述取气管(1)与排气歧管的连通处具体位于靠近排气歧管与发动机的连接处。
3.根据权利要求1所述的一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，其特征在于：所述取样分析装置(5)包括取样空腔(6)与气体分析设备(7)；所述取样空腔(6)内设置有气体流动装置(8)。
4.根据权利要求1所述的一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，其特征在于：包括控制器(11)，所述进气口(3)内设置有第一气压传感器(9)，所述排气口(4)内设置有第二气压传感器(10)；所述取气管(1)上设置有第一电磁阀(12)，所述压力平衡管(2)上设置有第二电磁阀(13)。
5.根据权利要求3至4任意一项所述的一种发动机高原模拟系统排放取样测试设备，其特征在于：所述控制器(11)分别与气体流动装置(8)、第一气压传感器(9)、第二气压传感器(10)、第一电磁阀(12)以及第二电磁阀(13)电性连接。
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