CN111175092A - 一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置 - Google Patents

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CN111175092A CN201911328306.9A CN201911328306A CN111175092A CN 111175092 A CN111175092 A CN 111175092A CN 201911328306 A CN201911328306 A CN 201911328306A CN 111175092 A CN111175092 A CN 111175092A
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冀树德
刘新华
孔祥鑫
杨天军
王俊兵
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Abstract

本发明提供了一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置，包括取样管和排样管，所述取样管的一端连通发动机尾气排放管，另一端通过第一两位三通阀连通烟度仪的入口；所述烟度仪的入口还依次通过第一两位三通阀和第一电磁阀连接大气环境；所述排样管的一端连通发动机尾气排放管，另一端通过第二两位三通阀连通烟度仪的出口；所述烟度仪的出口还依次通过第二两位三通阀和第二电磁阀连接大气环境。本发明作为烟度仪碳烟测试能力增补方案，保证了高原实地环境和模拟海拔环境的烟度测试能力。

Description

一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置
技术领域
本发明属于柴油机烟度测试技术领域，尤其是涉及一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置。
背景技术
烟度参数作为衡量柴油机性能指标的参数之一，在多个标准性能鉴定试验中都对该参数测试提出了明确要求。而柴油机在高原环境下性能恶化明显，车用和工程应用的柴油机在未经高原特殊标定匹配条件下，直接运行在2500m以上环境都会出现动力不足和排放浓密黑烟。现行的标准排放检测仪器必须运行在标准测量环境，高原实地条件或模拟海拔条件的排放测试仅能依赖烟度评估。
目前主流的国内外烟度测试仪器内部使用标准定容取样原理，在高原2500m海拔以上的实地条件，当地空气稀薄，烟度检测设备抽样量明显弱于平原地区，无法获得烟度测试结果或获取的烟度检测结果评估不准确。在模拟海拔74kPa以下气压条件，由于测试环境背景压力与模拟管道中的排烟压差较大时，烟度检测设备也无法完成有效抽样，所以现阶段还没有可用于2500m以上高原环境条件的烟度检测能力。
由于现阶段不具备高原环境条件的烟度检测能力，各车用柴油机主机厂进行排放标定时，主要依靠标定工程师主观观测结果进行发动机参数控制，部分标定工程师通过引用平原地区试验参数模型，调整柴油机控制参数。在这样条件下，不同的标定人员标定的排放性能也会呈现较大的差异，不便于柴油机排放性能的严格控制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置，以弥补现用烟度仪在高原实地条件和模拟海拔条件的检测能力不足问题，提升烟度检测准确性。
该装置主要设计特征为：采用补充装置平衡抽样和排样条件，补偿烟度仪的定量抽样能力，采用取样温控系统满足恒定的采样条件，避免颗粒沉积引入的测量偏差，采用样气换相方式保障烟度仪预热、吹扫、泄露检测功能实施，采用识别抽样条件配置烟度仪抽样配方，保障海拔测试条件烟度检测的准确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置，包括第一电磁阀，第二电磁阀，第二两位三通阀，第一两位三通阀，第二加温器，第一温度传感器，取样管，第一加温器，第二温度传感器，取样压力传感器，第三温度传感器，排样管，环境压力传感器，第一温控器，第二温控器和控制器主机；
所述取样管的一端连通发动机尾气排放管，另一端通过第一两位三通阀连通烟度仪的入口；所述烟度仪的入口还依次通过第一两位三通阀和第一电磁阀连接大气环境；
所述排样管的一端连通发动机尾气排放管，另一端通过第二两位三通阀连通烟度仪的出口；所述烟度仪的出口还依次通过第二两位三通阀和第二电磁阀连接大气环境；
所述第一两位三通阀还依次连接第二加温器和第一温度传感器，所述取样管的外壁腔道还连接第一加温器和第三温度传感器，所述取样管的内管还连接第二温度传感器和取样压力传感器；
所述第一电磁阀、第二电磁阀、第二两位三通阀、第一两位三通阀、第二加温器、第一温度传感器、第一加温器、第二温度传感器、取样压力传感器、第三温度传感器、环境压力传感器、第一温控器、第二温控器和烟度仪均与控制器主机信号连接。
进一步的，还包括第四电磁阀，第三电磁阀，流量调节阀，稳压阀，过滤器，储气罐，空气压缩机和安全阀；所述空气压缩机依次连接储气罐、安全阀、过滤器、稳压阀，所述稳压阀的另一端通过流量调节阀连通所述取样管的外壁腔道、还分别通过第三电磁阀和第四电磁阀连通取样管的内管和排样管；所述第四电磁阀、第三电磁阀、空气压缩机均与控制器主机信号连接。
相对于现有技术，本发明所述的装置具有以下优势：
(1)本发明作为烟度仪碳烟测试能力增补方案，保证了高原实地环境和模拟海拔环境的烟度测试能力；
(2)本发明可对现有滤纸烟度直接增补使用，无需额外新采购烟度检测设备；
(3)本发明操作简单，增补装置智能识别抽样条件，智能完成高原烟度测试。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实例所述一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置的结构图；
图2为本发明实例所述一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置控制器的结构图；
图3为本发明实例所述一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置控制逻辑图。
附图标记说明：
1-第一电磁阀，2-第二电磁阀，3-第二两位三通阀，4-第四电磁阀，5-第三电磁阀，6-流量调节阀，7-第一两位三通阀，8-第二加温器，9-第一温度传感器，10-稳压阀，11-过滤器，12-远传压力表，13-储气罐，14-排污阀，15-积污槽，16-空气压缩机，17-取样管，18-第一加温器，19-第二温度传感器，20-取样压力传感器，21-第三温度传感器，22-安全阀，23-排样管，24-环境压力传感器，25-发动机尾气排放管，26-压缩机控制器，27-第一温控器，28-第二温控器，29-控制器主机，30-烟度仪。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置，如图1至3所示，包括由第一电磁阀1、第二电磁阀2、第三电磁阀5、第四电磁阀4、第一两位三通阀7、第一加温器18、第二加温器8、流量调节阀6、稳压阀10、过滤器11、远传压力表12、安全阀22、储压罐13、排污阀14、积污槽15、空气压缩机16、第一温度传感器9、第二温度传感器19、第三温度传感器21、取样压力传感器20、环境压力传感器24、取样管17、排样管23、发动机尾气排放管25、控制器主机29，压缩机控制器26，第一温控器27，第二温控器28，
所述取样管17的一端连通发动机尾气排放管25，另一端通过第一两位三通阀7连通烟度仪30的入口；所述烟度仪30的入口还依次通过第一两位三通阀7和第一电磁阀1连接大气环境；
所述排样管23的一端连通发动机尾气排放管25，另一端通过第二两位三通阀3连通烟度仪30的出口；所述烟度仪30的出口还依次通过第二两位三通阀3和第二电磁阀2连接大气环境；
发动机尾气排放管25依次通过所述取样管17、第一两位三通阀7、进入烟度仪30的入口，烟度仪30的入口依次通过第二两位三通阀3、排样管23排入发动机尾气排放管25，保证烟度测试设备取样泵入口和出口位于相同的样气条件，弥补烟度仪30在测量状态时，高原模拟环境抽样不足；
所述第一两位三通阀7还依次连接第二加温器8和第一温度传感器9，所述取样管17的外壁腔道还连接第一加温器18和第三温度传感器21，所述取样管17的内管还连接第二温度传感器19和取样压力传感器20，所述增补装置还包含环境压力传感器24；
所述空气压缩机16依次连接储气罐13、安全阀22、过滤器11、稳压阀10，所述稳压阀10的另一端通过流量调节阀6连通所述取样管17的外壁腔道、还分别通过第三电磁阀5和第四电磁阀4连通取样管17的内管和排样管23；所述储气罐13底部通过排污阀14连接积污槽15；
所述第一电磁阀1、第二电磁阀2、第二两位三通阀3、第四电磁阀4、第三电磁阀5、第一两位三通阀7、第二加温器8、第一温度传感器9、第一加温器18、第二温度传感器19、取样压力传感器20、第三温度传感器21、环境压力传感器24、压缩机控制器26、第一温控器27、第二温控器28和烟度仪30均与控制器主机29信号连接，其中，压缩机控制器26控制连接空气压缩机16。
所述第一两位三通阀7依次连接第二加温器8和第一温度传感器9，用于控制第一两位三通阀7的恒定温度，保证样气通过该第一两位三通阀7不沉积；在柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置预热时，由控制器主机29根据第一温度传感器9反馈的温度结果判断是否达到80℃～120℃范围，驱动第二加温器8加热电流增减调整，保证样气通过该阀不沉积；
所述取样管17的外壁腔道连接第一加温器18和第三温度传感器21，用于控制取样管17的温度恒定；所述空气压缩机16依次连接储气罐13、安全阀22、空气滤11、流量调节阀6进入取样管17的外壁腔道，保障取样管12的温控温度均匀；在柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置预热时，由控制器主机29根据第三温度传感器21反馈的温度结果判断是否达到80℃～120℃范围，驱动第一加温器18加热电流增减调整，压缩空气依次通过空气压缩机16、储气罐13、安全阀22、空气滤11、流量调节阀6进入取样管17的外壁腔道，将第一加温器18表面的热量通过16L～20L/min空气流量速度均匀的带到取样管17的外部腔道，形成取样管17的加热；
所述空气压缩机16依次通过稳压阀10连接第三电磁阀5、第四电磁阀4，用于对增补装置管路的吹扫；当通过控制器主机29操作为吹扫时，经第一两位三通阀7和第二两位三通阀3换相，烟度仪30入口经过第一两位三通阀7和第一电磁阀1连接大气环境，烟度仪30出口经过第二两位三通阀3和第二电磁阀2连接大气环境，向烟度仪30发出吹扫指令，同时压缩空气依次通过空气压缩机16、储气罐13、安全阀22、空气滤11、第三电磁阀5进入取样管17的内腔道，完成取样管17的吹扫，压缩空气依次通过空气压缩机16、储气罐13、安全阀22、空气滤11、第四电磁阀4进入排样管23，完成排样管23的吹扫；
所述取样管17的内测还连接第二温度传感器19和取样压力传感器20，用于识别取样条件，反馈到增补装置控制器主机29；所述增补装置还包含环境压力传感器24，用于识别取样的大气环境条件并反馈到控制器主机29；当通过第二温度传感器19、取样压力传感器20和环境压力传感器24识别为海拔模拟环境条件烟度测试状态时，通过控制器主机29按测试策略向烟度仪30发出取样容积、取样次数配置。
本发明柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置的工作原理如下：
当烟度仪30处于预热状态时，经第一两位三通阀7和第二两位三通阀3换相，烟度仪30入口经过第一两位三通阀7和第一电磁阀1连接大气环境，烟度仪30出口经过第二两位三通阀3和第二电磁阀2连接大气环境，保障烟度仪预热所必须的空气流量；
当烟度仪30处于吹扫状态时，经第一两位三通阀7和第二两位三通阀3换相，烟度仪30入口经过第一两位三通阀7和第一电磁阀1连接大气环境，烟度仪30出口经过第二两位三通阀3和第二电磁阀2连接大气环境，保障烟度仪30通过排气口将新鲜空气吸入，吹扫烟度仪30自身的取样样气管路；
当烟度仪30处于泄露检测状态时，经第一两位三通阀7和第二两位三通阀3换相，烟度仪30入口经过第一两位三通阀7和第一电磁阀1连接大气环境，烟度仪30出口经过第二两位三通阀3和第二电磁阀2连接大气环境，控制器主机29驱动关闭第一电磁阀1，待烟度仪30处于保压状态后，控制器主机30驱动关闭第二电磁阀2，等待泄露检测结束。
在柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置预热时，由控制器主机30根据第一温度传感器9反馈的温度结果判断是否达到80℃～120℃范围，驱动第二温控器28控制第二加温器8加热电流增减调整，保证样气通过该第一两位三通阀7不沉积；
在柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置预热时，由控制器主机30根据第三温度传感器21反馈的温度结果判断是否达到80℃～120℃范围，驱动第一温控器27控制第一加温器18加热电流增减调整；压缩空气依次通过空气压缩机16、储气桶13、安全阀22、过滤器11、流量调节阀6进入取样管17的外壁腔道，将第一加温器18表面的热量通过16L～20L/min空气流量速度均匀的带到取样管17的外部腔道，形成取样管17的加热；
当通过控制器主机29操作为吹扫时，经第一两位三通阀7和第二两位三通阀3换相，烟度仪30入口经过第一两位三通阀7和第一电磁阀1连接大气环境，烟度仪30出口经过第二两位三通阀3和第二电磁阀2连接大气环境，控制器主机29向烟度仪30发出吹扫指令，同时压缩空气依次通过空气压缩机16、储气桶13、安全阀22、过滤器11、稳压阀10、第三电磁阀5进入取样管17的内腔道，完成取样管17的吹扫；压缩空气依次通过空气压缩机16、储气桶13、安全阀22、过滤器11、稳压阀10、第四电磁阀4进入排样管23，完成排样管23的吹扫；
当进行增补装置泄露检查时，将增补装置取样管17入口和排样管23出口连接，第一两位三通阀7和第二两位三通阀3换相至烟度仪30连接大气回路，第三电磁阀5和第四电磁阀4开启，压缩空气充满取样管17和排样管23，待取样压力传感器20指示稳定后，关闭第三电磁阀5和第四电磁阀4，保持30s后压力变化稳定在±0.2kPa时，判定增补装置密封性能通过；
当在高于模拟环境下烟度测量时，取样压力传感器20和环境压力传感器24的差值大于5kPa，判定为模拟进排气边界条件，增补装置识别出烟度仪30需要在高原模拟测试烟度；
当进行烟度测量时，除热机过程、人工操作吹扫、烟度仪识别吹扫外，检测结果大于5FSN时，烟度仪30自动进入吹扫逻辑1次，保证检测结果的重复性；
当在高原模拟环境下烟度测量时，根据第二温度传感器19、取样压力传感器20、环境压力传感器24计算进入烟度仪30的排气密度，修正烟度仪30测量的样气流量，这属于本领域的常规技术，再按下表配置烟度仪30设备定容抽样的抽样容积，
序号 模拟海拔 抽样流量 抽样容积
1 1000m 16L/min 1000mL
2 1000m 9L/min 1000mL
3 1000m 8L/min 900mL
4 2000m 16L/min 1000mL
5 2000m 9L/min 1000mL
6 2000m 8L/min 800mL
7 3000m 16L/min 1000mL
8 3000m 10L/min 1000mL
9 3000m 8L/min 700mL
10 4000m 16L/min 1000mL
11 4000m 10L/min 1000mL
12 4000m 8L/min 650mL
13 5000m 16L/min 1000mL
14 5000m 10L/min 1000mL
15 5000m 8L/min 600mL
柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置的控制逻辑，包括以下步骤，
第一步：在烟度仪30和柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置上电，系统进入预热工况；
第二步：系统依据第三温度传感器21判定增补装置取样管17的预热情况，依据第一温度传感器9判定第一两位三通阀7的预热情况，依据烟度仪30的状态通讯指令判定烟度仪30的预热情况，待三者状态判断都满足要求转入待机工况；
第三步：进入待机工况后，控制器主机29驱动增补装置执行3次管路吹扫逻辑，并同时向烟度仪30的主机发出3次吹扫指令，依据烟度仪30的状态通讯指令判定烟度仪30的吹扫完成状态，待二者状态判别都满足要求转入状态测试工况；
第四步：在进入状态测试工况后，控制器主机29后台不停读取烟度仪30的状态和增补装置的温控判定烟度仪30和增补装置是否工作正常，以及能否进入下一步的测试工况，若二者状态判断都满足，增补装置指示“准备好”；
当状态测试工况不满足和系统吹扫外部中断指令触发时，增补装置进入待机工况，并重新执行待机工况逻辑，直到状态准备完毕再次进入状态测试工况逻辑。
当按下“测试”按钮，根据取样管17端的第二温度传感器19和取样压力传感器20的感应的取样条件，按照烟度增补测试逻辑，形成烟度仪30的取样配方，即向烟度仪30发出烟度取样容积、次数配置指令，待烟度仪30返回指令后下发测试开始命令。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柴油机高原环境试验排气烟度测试增补装置，其特征在于：包括第一电磁阀(1)，第二电磁阀(2)，第二两位三通阀(3)，第一两位三通阀(7)，第二加温器(8)，第一温度传感器(9)，取样管(17)，第一加温器(18)，第二温度传感器(19)，取样压力传感器(20)，第三温度传感器(21)，排样管(23)，环境压力传感器(24)，第一温控器(27)，第二温控器(28)和控制器主机(29)；
所述取样管(17)的一端连通发动机尾气排放管(25)，另一端通过第一两位三通阀(7)连通烟度仪(30)的入口；所述烟度仪(30)的入口还依次通过第一两位三通阀(7)和第一电磁阀(1)连接大气环境；
所述排样管(23)的一端连通发动机尾气排放管(25)，另一端通过第二两位三通阀(3)连通烟度仪(30)的出口；所述烟度仪(30)的出口还依次通过第二两位三通阀(3)和第二电磁阀(2)连接大气环境；
所述第一两位三通阀(7)还依次连接第二加温器(8)和第一温度传感器(9)，所述取样管(17)的外壁腔道还连接第一加温器(18)和第三温度传感器(21)，所述取样管(17)的内管还连接第二温度传感器(19)和取样压力传感器(20)；
所述第一电磁阀(1)、第二电磁阀(2)、第二两位三通阀(3)、第一两位三通阀(7)、第二加温器(8)、第一温度传感器(9)、第一加温器(18)、第二温度传感器(19)、取样压力传感器(20)、第三温度传感器(21)、环境压力传感器(24)、第一温控器(27)、第二温控器(28)和烟度仪(30)均与控制器主机(29)信号连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括第四电磁阀(4)，第三电磁阀(5)，流量调节阀(6)，稳压阀(10)，过滤器(11)，储气罐(13)，空气压缩机(16)和安全阀(22)；所述空气压缩机(16)依次连接储气罐(13)、安全阀(22)、过滤器(11)、稳压阀(10)，所述稳压阀(10)的另一端通过流量调节阀(6)连通所述取样管(17)的外壁腔道、还分别通过第三电磁阀(5)和第四电磁阀(4)连通取样管(17)的内管和排样管(23)；所述第四电磁阀(4)、第三电磁阀(5)、空气压缩机(16)均与控制器主机(29)信号连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述增补装置的控制逻辑包括以下步骤：
1)将烟度仪(30)和增补装置上电，进入预热工况；
2)依据第三温度传感器(21)判定取样管(17)的预热情况，依据第一温度传感器(9)判定第一两位三通阀(7)的预热情况，依据烟度仪(30)的状态通讯指令判定烟度仪(30)的预热情况，待三者状态判断都满足要求转入待机工况；
3)进入待机工况后，控制器主机(29)驱动增补装置执行多次管路吹扫逻辑，并同时向烟度仪(30)的主机发出多次吹扫指令，依据烟度仪(30)的状态通讯指令判定烟度仪(30)的吹扫完成状态，待二者状态判别都满足要求转入状态测试工况；
4)在进入状态测试工况后，控制器主机(29)不停读取烟度仪(30)的状态和增补装置的温控状态，判定烟度仪(30)和增补装置是否工作正常，以及能否进入下一步的测试工况：
若不满足，增补装置进入待机工况，并重新执行待机工况逻辑，直到状态准备完毕再次进入状态测试工况逻辑；
若满足，触发测试，根据第二温度传感器(19)和取样压力传感器(20)感应的取样条件，向烟度仪(30)发出烟度取样容积、次数配置指令，待烟度仪(30)返回指令后下发测试开始命令。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述增补装置的泄露检查方法，包括如下步骤：
将取样管(17)入口和排样管(23)出口连接，第一两位三通阀(7)和第二两位三通阀(3)换相至烟度仪(30)连接大气回路，第三电磁阀(5)和第四电磁阀(4)开启，压缩空气充满取样管(17)和排样管(23)，待取样压力传感器(20)指示稳定后，关闭第三电磁阀(5)和第四电磁阀(4)。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：当取样压力传感器(20)和环境压力传感器(24)的差值大于5kPa，判定为模拟进排气边界条件，增补装置识别出烟度仪(30)需要在高原模拟测试烟度。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述烟度仪(30)进行预热和进行吹扫时时：均是经第一两位三通阀(7)和第二两位三通阀(3)换相，烟度仪(30)入口经过第一两位三通阀(7)和第一电磁阀(1)连接大气环境，烟度仪(30)出口经过第二两位三通阀(3)和第二电磁阀(2)连接大气环境。
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