CN107991432A - 测量发动机nh3排放的装置及方法 - Google Patents

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梁健星
许自涛
李万洋
杜群
张斌
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Abstract

本发明提供了一种测量发动机NH3排放的装置及方法，该装置包括第一氮氧传感器、进气管、反应箱、出气管、第二氮氧传感器以及控制器，所述第一氮氧传感器能够放置于发动机的尾气排放管中的第一位置处，所述进气管的一端能够放置于发动机的尾气排放管中的第二位置处，所述进气管的另一端与所述反应箱的进气口连接，所述出气管与所述反应箱的出气口连接，所述反应箱中容纳有与NH3发生化学反应但与氮氧化合物不发生化学反应的溶液，所述第二氮氧传感器安装在所述出气管上，所述控制器分别与所述第一氮氧传感器和第二氮氧传感器电连接。本发明工作原理及设备结构简单，操作方便，成本低廉，测量准确，大大降低了测量成本。

Description

测量发动机NH3排放的装置及方法
技术领域
本发明涉及柴油机发动机技术领域，特别是涉及一种测量发动机NH3排放的装置及方法。
背景技术
国六法规预计将于2018年1月执行，国六法规对NH3排放有限值要求，各发动机厂家及主机厂、认证机构需要大量采购NH3排放监测设备，以确保产品NH3排放达标。目前监测NH3排放的设备有二极管激光光谱仪(LDS)、傅里叶变换红外线光谱(FTIR)分析仪等，但这些台架试验及认证所用测量设备价格昂贵，后续的保养、维修价格也非常昂贵。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种测量发动机NH3排放的装置，包括第一氮氧传感器、进气管、反应箱、出气管、第二氮氧传感器以及控制器，所述第一氮氧传感器能够放置于发动机的尾气排放管中的第一位置处，所述进气管的一端能够放置于发动机的尾气排放管中的第二位置处，所述进气管的另一端与所述反应箱的进气口连接，所述出气管与所述反应箱的出气口连接，所述反应箱中容纳有与NH3发生化学反应但与氮氧化合物不发生化学反应的溶液，所述第二氮氧传感器安装在所述出气管上，所述控制器分别与所述第一氮氧传感器和第二氮氧传感器电连接。
进一步地，还包括与所述控制器电连接的显示模块。
进一步地，所述进气管上设有防止溶液倒吸的单向阀。
进一步地，所述溶液为硫酸铜溶液。
进一步地，所述进气管没入所述反应箱的溶液中，所述出气管不与所述反应箱的溶液接触。
进一步地，所述控制器计算所述第一氮氧传感器获得的第一测量值与所述第二氮氧传感器获得的第二测量值之差作为NH3排放浓度。
进一步地，所述进气管上设有用于从所述尾气排放管抽取尾气的气泵。
本发明还提供了一种利用上述测量发动机NH3排放的装置来测量发动机NH3排放的方法，包括：
利用所述第一氮氧传感器测量发动机尾气，获得第一测量值；
将尾气经由所述进气管引入所述反应箱，进行采样测量，尾气中的NH3溶于所述溶液后形成氨水并与所述溶液发生化学反应，NH3被完全吸收；
利用所述第二氮氧传感器测量反应后的尾气，获得第二测量值；
计算所述第一测量值与所述第二测量值之差作为NH3排放浓度。
本发明的优点如下：
本发明工作原理及设备结构简单，操作方便，成本低廉，测量准确，大大降低了测量成本。应用后将大大降低各发动机厂、整车厂、认证机构监测NH3排放量的设备购买成本，各子部件维修及保养的相应费用也降低，同时设备故障率也降低。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的测量发动机NH3排放的装置的示意图。
图中附图标记如下：
1-第一氮氧传感器 2-进气管
3-反应箱 4-出气管
5-第二氮氧传感器 6-控制器
7-气泵 8-单向阀
9-尾气排放管 901-第一位置
902-第二位置 903-第三位置
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的实施方式提供的测量发动机NH3排放的装置的结构示意图。本装置包括第一氮氧传感器1、进气管2、反应箱3、出气管4、第二氮氧传感器5、控制器6、气泵7和单向阀8，将上述部件封装成测试装置，如图1中虚线内所示。
氮氧传感器用于获取尾气中氮氧化物浓度，与控制器6电连接并通过CAN总线通信，保证实时通信与控制，氮氧传感器安装在尾气排放管道9的进气口处和出气管4上，并保证其与尾气充分接触。
发动机尾气NH3排放测量时，控制器6加载应用程序，向氮氧传感器发送指令，氮氧传感器的控制单元读取探头的测量值，并将测量结果以CAN报文的形式发给控制器6，控制器6接收氮氧传感器的控制单元发送的CAN报文后，将其解析为氮氧化物浓度值并通过与控制器6电连接的显示模块(图中未示出)显示输出。
第一氮氧传感器1安装在发动机的尾气排放管9的第一位置901处，在第一氮氧传感器1检测到尾气排放管9中存在氮氧气体时，向控制器6发送信号。
进气管2的一端放置在发动机尾气排放管9的第二位置902处，进气管2的另一端与反应箱3的进气口连接，将尾气引入反应箱3中，出气管4与反应箱3的出气口连接，将反应后的尾气排出。其中，反应箱3是气密的。
进气管2上设有控制进气量的气泵7，气泵7与控制器6电连接，控制器6控制气泵7抽取部分尾气经由进气管2进入反应箱3，尾气中的NH3溶于水形成氨水并与反应箱3中的溶液产生化学反应，将NH3完全吸收。反应箱3中的溶液为只与NH3反应而不与尾气中其他气体反应的溶液，优选实施中，采用硫酸铜溶液。
为防止反应箱3中的溶液倒吸，在进气管2上设有单向阀8。为保证反应充分，将进气管2尽量深入到反应箱3中的溶液底部，反应后，尾气中不发生化学反应的氮氧化合物NOx经由出气管4进入到尾气排放管9中排出，出气管4的排出端可放置在尾气排放管9的第三位置903处。为保证测量准确，出气管4伸入反应箱3中的部分尽量贴近溶液的液面，但不与液面接触。第二氮氧传感器5安装在出气管4上，测量反应后尾气中的氮氧浓度。
利用上述装置测量发动机NH3排放的方法如下：
(1)当发动机尾气经过第一氮氧传感器1时，由于目前的氮氧传感器不能区分氨气NH3和氮氧化合物NOx，第一氮氧传感器1测量尾气中NH3(若有)和NOx的总浓度C1。
(2)从尾气排放管9中将尾气样气经由进气管2引入反应箱3中，进行采样测量。
控制器6控制气泵7抽取部分尾气，抽取的尾气经由进气管2进入反应箱3，尾气中的NH3溶于水后形成氨水，与硫酸铜溶液发生以下化学反应，NH3被完全吸收：
CuSO4+2NH3.H2O＝Cu(OH)2+(NH4)2SO4
Cu(OH)2+4NH3.H2O＝[Cu(NH3)4](OH)2
(3)NOx等气体不溶于硫酸铜溶液，经过反应箱3后质量不变，从出气管4中排出，采用第二氮氧传感器2测量反应后尾气中的氮氧浓度，即是尾气中的NOx浓度C2。
(4)将两个氮氧传感器测量的浓度通过CAN报文发送给控制器6，控制器6进行计算得出尾气排放中NH3的浓度。
汽车尾气中NH3的浓度C为第一氮氧传感器1的测量值C1与第二氮氧传感器5的测量值C2之差，即
C＝C1-C2
另外，若要进行瞬态工况NH3浓度的测量，需要控制器6中增加使参与计算的第二氮氧传感器5测量值延迟一定时间的逻辑，具体时间根据发动机ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元)发送的尾气流量进行标定。
由于氮氧传感器测量时不能区分氨气NH3和氮氧化合物NOx，本发明通过硫酸铜溶液反应掉抽取尾气中的NH3，反应前的氮氧传感器测量的是NH3和NOx总浓度，反应后的氮氧传感器测量的是NOx浓度，相差获得NH3浓度，工作原理简单。
本发明的测量装置设备结构简单，操作方便，成本低廉，测量准确，大大降低了测量成本。应用后将大大降低各发动机厂、整车厂、认证机构监测NH3排放量的设备购买成本，各子部件维修及保养的相应费用也降低，同时设备故障率也降低。
需要指出的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，包括第一氮氧传感器、进气管、反应箱、出气管、第二氮氧传感器以及控制器，所述第一氮氧传感器能够放置于发动机的尾气排放管中的第一位置处，所述进气管的一端能够放置于发动机的尾气排放管中的第二位置处，所述进气管的另一端与所述反应箱的进气口连接，所述出气管与所述反应箱的出气口连接，所述反应箱中容纳有与NH3发生化学反应但与氮氧化合物不发生化学反应的溶液，所述第二氮氧传感器安装在所述出气管上，所述控制器分别与所述第一氮氧传感器和第二氮氧传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，还包括与所述控制器电连接的显示模块。
3.根据权利要求1所述的测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，所述进气管上设有防止溶液倒吸的单向阀。
4.根据权利要求1所述的测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，所述溶液为硫酸铜溶液。
5.根据权利要求1所述的测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，所述进气管没入所述反应箱的溶液中，所述出气管不与所述反应箱的溶液接触。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，所述控制器计算所述第一氮氧传感器获得的第一测量值与所述第二氮氧传感器获得的第二测量值之差作为NH3排放浓度。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的测量发动机NH3排放的装置，其特征在于，所述进气管上设有用于从所述尾气排放管抽取尾气的气泵。
8.一种测量发动机NH3排放的方法，其特征在于，所述测量发动机NH3排放的方法是利用根据权利要求1至7中的任一项所述的测量发动机NH3排放的装置来实施的，所述测量发动机NH3排放的方法包括：
利用所述第一氮氧传感器测量发动机尾气，获得第一测量值；
将尾气经由所述进气管引入所述反应箱，进行采样测量，尾气中的NH3溶于所述溶液后形成氨水并与所述溶液发生化学反应，NH3被完全吸收；
利用所述第二氮氧传感器测量反应后的尾气，获得第二测量值；
计算所述第一测量值与所述第二测量值之差作为NH3排放浓度。
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