CN109441602A - 一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法，设备包括发动机、热电偶（1）、后处理器（2）和控制单元（3），后处理器（2）通过进气管（4）与发动机连接，后处理器（2）排气口连接有排气管（5），进气管（4）上设置有温度传感器（6）和NOx传感器Ⅰ（7），排气管（5）上设置有NOx传感器Ⅱ（8）和流量计（13），热电偶（1）安装在后处理器（2）壁面上，热电偶（1）、温度传感器（6）、流量计（13）、NOx传感器Ⅰ（7）和NOx传感器Ⅱ（8）分别与控制单元（3）连接；方法根据排气累积能量和排气温度确认NOx露点温度。实现准确测量露点温度；解决了当前没有成熟的露点温度标定方法的问题。

Description

一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量设备，更具体的说涉及一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法，属于发动机尾气净化技术领域。
背景技术
为满足排放法规要求，汽车尾气后处理系统均安装了NOx传感器来进行排放监控；NOx传感器需要工作在较高温区域，从而避免水蒸气冷凝导致NOx传感器炸裂。国四、国五法规对发动机尾气的低温区域排放监控要求比较宽松，因此NOx传感器工作区域都在230℃以上，NOx传感器可以正常工作。目前，北京地方排放法规和国六都对低温区域排放要求加严，为满足北京地方排放法规和国六，后处理系统需要安装前后NOx传感器对排气中的NOx排放进行测量，因此NOx传感器需要在低温环境下进行工作。而NOx传感器在低温环境下工作时，当有水蒸气存在于NOx传感器内时，水蒸气冷凝变成水滴，则会导致NOx传感器出现裂痕，从而导致NOx传感器损坏；因此NOx传感器在低温环境下使用时容易出现炸裂的故障，目前市场上已经出现了很多例NOx传感器失效故障。
为了防止NOx传感器出现炸裂故障，需要对NOx传感器开始工作的温度进行标定，也就是NOx传感器的露点温度标定。但是，目前通常未采取有效简捷的方式对NOx传感器未进行露点温度的标定，导致NOx传感器存在炸裂的风险；或者NOx传感器露点温度标定方法复杂，操作不方便，不能满足使用需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的未采取有效简捷的方式对NOx传感器未进行露点温度的标定导致NOx传感器存在炸裂的风险、或者NOx传感器露点温度标定方法复杂等缺陷，提供一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种准确测量NOx传感器露点温度的设备，包括发动机、热电偶、后处理器和控制单元，所述的后处理器通过进气管与发动机连接，后处理器排气口连接有排气管，所述的进气管上设置有温度传感器和NOx传感器Ⅰ，所述的排气管上设置有NOx传感器Ⅱ和流量计，所述的热电偶安装在后处理器壁面上，所述的热电偶、温度传感器、流量计、NOx传感器Ⅰ和NOx传感器Ⅱ分别与控制单元连接。
还包括有热电偶座，所述的热电偶座焊接在后处理器上，所述的热电偶包括热电偶螺栓和热电偶丝，所述的热电偶丝固定于热电偶螺栓上，且热电偶丝插入在后处理器壁面上的安装孔内，所述的热电偶螺栓通过螺纹固定在热电偶座上。
所述的安装孔孔径大于热电偶丝直径，安装孔孔径与热电偶丝直径之间的差为0.001mm～5mm。
所述的热电偶丝插入到安装孔内深度为0.01mm～5mm。
一种准确测量NOx传感器露点温度的方法，其使用准确测量NOx传感器露点温度的设备进行测量，包括下面的步骤：
步骤一、采用直径大于热电偶丝的小钻头在后处理器的壁面上打一安装孔；
步骤二、将热电偶座焊接在后处理器上；
步骤三、将热电偶深入到热电偶座内，将热电偶丝插入后处理器壁面的安装孔内，热电偶螺栓通过螺纹固定到热电偶座上；
步骤四、将后处理器通过进气管连接到发动机上，同时将温度传感器、流量计、NOx传感器Ⅰ、NOx传感器Ⅱ和热电偶连接到控制单元上；
步骤五、启动发动机，控制单元根据采集的温度传感器测量的排气温度、流量计测量的排气质量和热电偶测量的后处理器壁温，实时计算排气累积能量，如下式所示：
式中Qi表示i时刻的排气累积能量，Cj表示j时刻的排气比热容，mj表示j时刻的排气质量，tj表示j时刻的排气温度；
发动机运行NOx露点温度测试循环，其工况负荷先增加后减小，使得排气温度先升高、后又下降，当后处理器壁温第一次达到100℃时，记录下此时的排气累积能量为Qa，当后处理器壁温第二次达到100℃时，则记录下此时的排气温度为t，则露点释放条件为排气累积能量大于Qa且排气温度大于t。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明中的测试设备简单、测试方便，只是在后处理器上加工热电偶即可，无需专用设备，实现准确测量NOx传感器的露点温度，解决了当前没有成熟的露点温度标定方法的问题。
2、本发明中在热电偶丝插入在后处理器壁面上的安装孔内，即设计出采用安装孔固定热电偶丝的热电偶布置结构，从而实现准确测量最容易产生冷凝水的后处理器壁温。
3、本发明中的测量方法，根据排气累积能量和排气温度即可确认NOx露点温度，无需专用传感器，而排气累积能量和排气温度获取容易，因此应用性高。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中热电偶示意图。
图3是本发明中NOx露点温度测试循环示意图。
图4是本发明中NOx露点温度测试结果示意图。
图中：热电偶1，后处理器2，控制单元3，进气管4，排气管5，温度传感器6，NOx传感器Ⅰ7，NOx传感器Ⅱ8，热电偶座9，热电偶螺栓10，热电偶丝11，发动机试验台架12，流量计13。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
实施例一：
参见图1至图2，一种准确测量NOx传感器露点温度的设备，涉及后处理器2壁面温度测量和NOx传感器露点温度标定；包括发动机、热电偶1、后处理器2和控制单元3。所述的后处理器2通过进气管4与发动机连接，后处理器2排气口连接有排气管5；发动机的排气从进气管4流经后处理器2，最后经过排气管5排出到大气中，后处理器2器用于降低尾气中的排放。所述的进气管4上设置有温度传感器6和NOx传感器Ⅰ7，所述的排气管5上设置有NOx传感器Ⅱ8和流量计13；温度传感器6用于测量发动机排气温度，NOx传感器Ⅰ7和NOx传感器Ⅱ8用于测量发动机原机排放和最终排放，流量计13用来测量排气质量。所述的热电偶1安装在后处理器2壁面上，热电偶1用于测量后处理器2壁温。所述的热电偶1、温度传感器6、流量计13、NOx传感器Ⅰ7和NOx传感器Ⅱ8分别与控制单元3连接；控制单元3用于采集温度传感器6、流量计13和热电偶1信号，可以实时记录后处理器2壁温、发动机排气温度和排气温度。
参见图1至图2，本设备还包括有热电偶座9，所述的热电偶座9焊接在后处理器2上。所述的热电偶1包括热电偶螺栓10和热电偶丝11，所述的热电偶丝11固定于热电偶螺栓10上，且热电偶丝11一端插入在后处理器2壁面上的安装孔内，热电偶丝11另一端与与控制单元3连接。所述的安装孔可以为圆形或者方形或者梯形或者平行四边形等各种形状，安装孔孔径略微大于热电偶丝11直径，安装孔孔径与热电偶丝11直径之间的差为0.001mm～5mm，此处安装孔孔径指的是安装孔相对侧之间最短的距离；所述的热电偶丝11插入到安装孔内深度为0.01mm～5mm；该种结构从而确保可以通过安装孔固定热电偶丝1不晃动，进而准确测量测点处后处理器2壁温。热电偶座9用于将热电偶1固定，所述的热电偶螺栓10通过螺纹固定在热电偶座9上，从而确保热电偶1不会从后处理器2上脱落。
参见图1至图2，实际工作过程中，可以采用直径略大于热电偶丝11的小钻头在后处理器2的壁面上打一个安装孔，同时将热电偶座9焊接在后处理器2上，将热电偶丝11插入到后处理器2的安装孔内，从而可以固定住热电偶1，不会随意晃动。
参见图1至图2，后处理器2壁温一般低于排气温度，因此若测得后处理器2壁温高于100℃以上，则表明不会有冷凝水形成，故而NOx传感器不会产生炸裂故障。因此我们根据温度传感器6标定得到后处理器2壁温与排气温度的关系，从而确定NOx传感器开始工作的排气温度。工作时，启动发动机，根据控制单元3获得的温度传感器6信号和热电偶1信号，从而确定温度传感器6和热电偶1的数值关系，根据热电偶1测得后处理器2壁温确定露点温度，确保NOx传感器的正常工作温度范围。
实施例二：
参见图1至图4，一种准确测量NOx传感器露点温度的方法，其使用上述实施例一中准确测量NOx传感器露点温度的设备进行测量，其通过限制排气累积能量和排气温度来准确控制NOx露点释放，避免NOx传感器损坏，具体包括下面的步骤：
步骤一、采用直径略大于热电偶丝11的小钻头在后处理器2的壁面上打一安装孔。
步骤二、将热电偶座9焊接在后处理器2上。
步骤三、将热电偶1深入到热电偶座9内，将热电偶丝11插入后处理器2壁面的安装孔内，热电偶螺栓10通过螺纹固定到热电偶座9上。
步骤四、将后处理器2通过进气管4连接到发动机上，同时将温度传感器6、流量计13NOx传感器Ⅰ7、NOx传感器Ⅱ8和热电偶1连接到控制单元3上。
步骤五、启动发动机，控制单元3根据采集的温度传感器6测量的排气温度、流量计10测量的排气质量和热电偶1测量的后处理器2壁温，实时计算排气累积能量；排气累积能量是所有工况的排气能量的和，具体如下式所示：
式中Qi表示i时刻的排气累积能量，Cj表示j时刻的排气比热容，mj表示j时刻的排气质量，tj表示j时刻的排气温度。
参见图3至图4，发动机运行NOx露点温度测试循环，其工况负荷先增加后减小，使得排气温度先升高、后又下降；而该种测试循环有很多种情况，只需满足负荷现增加后减小的规律即可，没有数值要求，转速不要求(具体如图3所示)。当后处理器2壁温第一次达到100℃时，表明排气累积能量将后处理器2壁加热到100℃以上，该温度排气中水蒸气不会再冷凝成水，记录下此时的排气累积能量为Qa(图4所示Qa为20000KJ，但不同的系统，排气累积能量值不同)；当后处理器2壁温第二次达到100℃时，则记录下此时的排气温度为t，因排气累积能量将后处理器2壁加热到100℃后即使排气温度下降，但只要排气温度大于t，也可以保证后处理器2壁温大于100℃，因此则露点释放条件为排气累积能量大于Qa且排气温度大于t(图4所示t为175℃，但不同的系统，排气温度值不同)。
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，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种准确测量NOx传感器露点温度的设备，其特征在于：包括发动机、热电偶(1)、后处理器(2)和控制单元(3)，所述的后处理器(2)通过进气管(4)与发动机连接，后处理器(2)排气口连接有排气管(5)，所述的进气管(4)上设置有温度传感器(6)和NOx传感器Ⅰ(7)，所述的排气管(5)上设置有NOx传感器Ⅱ(8)和流量计(13)，所述的热电偶(1)安装在后处理器(2)壁面上，所述的热电偶(1)、温度传感器(6)、流量计(13)、NOx传感器Ⅰ(7)和NOx传感器Ⅱ(8)分别与控制单元(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种准确测量NOx传感器露点温度的设备，其特征在于：还包括有热电偶座(9)，所述的热电偶座(9)焊接在后处理器(2)上，所述的热电偶(1)包括热电偶螺栓(10)和热电偶丝(11)，所述的热电偶丝(11)固定于热电偶螺栓(10)上，且热电偶丝(11)插入在后处理器(2)壁面上的安装孔内，所述的热电偶螺栓(10)通过螺纹固定在热电偶座(9)上。
3.根据权利要求2所述的一种准确测量NOx传感器露点温度的设备，其特征在于：所述的安装孔孔径大于热电偶丝(11)直径，安装孔孔径与热电偶丝(11)直径之间的差为0.001mm～5mm。
4.根据权利要求2所述的一种准确测量NOx传感器露点温度的设备，其特征在于：所述的热电偶丝(11)插入到安装孔内深度为0.01mm～5mm。
5.一种准确测量NOx传感器露点温度的方法，其使用准确测量NOx传感器露点温度的设备进行测量，其特征在于，包括下面的步骤：
步骤一、采用直径大于热电偶丝(11)的小钻头在后处理器(2)的壁面上打一安装孔；
步骤二、将热电偶座(9)焊接在后处理器(2)上；
步骤三、将热电偶(1)深入到热电偶座(9)内，将热电偶丝(11)插入后处理器(2)壁面的安装孔内，热电偶螺栓(10)通过螺纹固定到热电偶座(9)上；
步骤四、将后处理器(2)通过进气管(4)连接到发动机上，同时将温度传感器(6)、流量计(13)、NOx传感器Ⅰ(7)、NOx传感器Ⅱ(8)和热电偶(1)连接到控制单元(3)上；
步骤五、启动发动机，控制单元(3)根据采集的温度传感器(6)测量的排气温度、流量计(10)测量的排气质量和热电偶(1)测量的后处理器(2)壁温，实时计算排气累积能量，如下式所示：
式中Qi表示i时刻的排气累积能量，Cj表示j时刻的排气比热容，mj表示j时刻的排气质量，tj表示j时刻的排气温度；
发动机运行NOx露点温度测试循环，其工况负荷先增加后减小，使得排气温度先升高、后又下降，当后处理器(2)壁温第一次达到100℃时，记录下此时的排气累积能量为Qa，当后处理器(2)壁温第二次达到100℃时，则记录下此时的排气温度为t，则露点释放条件为排气累积能量大于Qa且排气温度大于t。
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