專利名稱：汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試氧傳感器的性能裝置，具體涉及一種汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了滿足各國的排放法規(guī)要求，汽車上普遍都加裝有三元催化反應(yīng)器。由于三元催化反應(yīng)器在理論空燃比(14.7∶1)附近時(shí)凈化率最高，一旦偏離理想空燃比，三元催化劑對(duì)CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，借助氧傳感器提供的濃稀反饋信息進(jìn)行閉環(huán)控制，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。在使用三元催化轉(zhuǎn)換器以減少排氣污染的發(fā)動(dòng)機(jī)上，氧傳感器是必不可少的元件。氧傳感器性能的差異會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制的匹配效果，所以需要一個(gè)能對(duì)其性能進(jìn)行精確測(cè)試、比較的裝置。
目前測(cè)試氧傳感器性能的裝置大都需要使用汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架制造尾氣環(huán)境，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也不低。由于采用的燃料是液態(tài)燃油，燃料供給要通過泵油、輸油、噴油霧化、汽化混和等多個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是噴油霧化、汽化混和需要一定的時(shí)間，不便于迅速改變混和氣的濃度，實(shí)現(xiàn)尾氣中氧含量的突變，成為考察氧傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性(在空燃比突變條件下的輸出信號(hào)變化速率)的一道障礙。也有人采用了氣態(tài)CxHy燃料替代燃油的做法，但往往只是在密閉容器中充注一定量的CxHy和空氣混合燃燒，使燃燒尾氣接近于靜止?fàn)顟B(tài)，模擬極濃和極稀的尾氣環(huán)境，定性考核氧傳感器的靜態(tài)輸出性能；但這種考核既無法定量，同樣也難以全面考察動(dòng)態(tài)輸出性能。
綜上，目前的氧傳感器性能測(cè)試裝置或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，或不能方便、準(zhǔn)確、全面地評(píng)價(jià)氧傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)，提供了一種汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)解決方案。
基于上述目的本發(fā)明提出了一種汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，包括燃料輸出裝置、燃燒裝置、氧傳感器信號(hào)采集裝置、恒溫控制裝置和尾氣分析裝置等。燃料輸出裝置將汽車用燃料的類似物與空氣混合，形成混合物；燃燒裝置包括點(diǎn)火裝置和燃燒室，燃燒室接收燃料輸出裝置輸出的混合物，點(diǎn)火裝置將燃燒室內(nèi)的混合物點(diǎn)燃；燃燒室接有排氣管，氧傳感器安裝在排氣管上，頭部深入排氣管內(nèi)，感受尾氣的殘余氧濃度；信號(hào)采集裝置接收氧傳感器輸出的信號(hào)；由恒溫控制裝置實(shí)現(xiàn)氧傳感器附近尾氣溫度的恒定；利用尾氣分析裝置直接測(cè)量尾氣的空燃比或氧濃度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果是1)用可燃CxHy氣體替代液態(tài)的汽油與空氣燃燒生成尾氣，使油路系統(tǒng)原本復(fù)雜的泵油、輸油、噴油霧化、混合等環(huán)節(jié)得以大大簡(jiǎn)化，可方便地在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測(cè)試，而不必依賴裝車或發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架等復(fù)雜特定環(huán)境。
2)用一種低成本的方式不僅構(gòu)造了尾氣中氧含量恒定的靜態(tài)環(huán)境，同時(shí)更利用了氣體燃料無須汽化可直接與空氣瞬間混合的優(yōu)勢(shì)，可方便地實(shí)現(xiàn)稀濃環(huán)境間的突變切換，從而為測(cè)試氧傳感器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性創(chuàng)造條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧傳感器輸出性能較為全面的考核和評(píng)價(jià)。
3)通過直接測(cè)量燃燒尾氣氧濃度和空燃比指標(biāo)，而不采用通過測(cè)量流量間接計(jì)算的常規(guī)方式，不僅實(shí)現(xiàn)了考核、評(píng)價(jià)的定量化，而且實(shí)現(xiàn)了測(cè)量高精度和低成本的較好結(jié)合。

圖1是本發(fā)明的框圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的框圖如圖1所示，一種汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，包括空氣輸出裝置、燃料輸出裝置和燃燒氣體輸出裝置、控制模塊、燃燒裝置、尾氣分析裝置、氧傳感器、排氣管和溫控裝置。
空氣輸出裝置包括圖2中空氣氣泵11、空氣減壓閥12、空氣除水閥13、空氣穩(wěn)壓閥14、第一玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)15、第一電磁閥16、一條或多于一條的空氣支路17、空氣調(diào)壓閥18，用于流量控制的器件包括第一玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)15、第一電磁閥16、空氣調(diào)壓閥18，可燃CxHy氣體輸出裝置包括儲(chǔ)氣瓶21、減壓閥22和一條或多于一條的CxHy氣體支路26，可燃CxHy氣體可為丙烷。儲(chǔ)氣瓶21為燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置，控制閥包括穩(wěn)壓閥23、第二玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)24、第二電磁閥25，第二玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)為流量控制閥。電磁閥的開啟與關(guān)閉可控制氣體支路的通、斷路。通過玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)可觀察氣體支路上氣體的流量，通過閥件可調(diào)節(jié)各氣體支路的流量。通過設(shè)置一定的電磁閥開閉組合或通過閥件調(diào)節(jié)氣體流量可選取不同流量比例的空氣和丙烷，改變參與燃燒的空氣和丙烷流量比例，從而相應(yīng)地改變空燃比、燃燒溫度以及尾氣中的氧濃度，為精確考察氧傳感器靜態(tài)輸出電壓與混合氣空燃比之間的定量關(guān)系提供條件。控制各氣體支路電磁閥的開、關(guān)可實(shí)現(xiàn)尾氣在不同氧含量濃度之間的快速切換，模擬汽車尾氣濃稀變化的動(dòng)態(tài)工作環(huán)境，為方便地測(cè)試氧傳感器輸出信號(hào)變化速率(響應(yīng)時(shí)間)等動(dòng)態(tài)指標(biāo)創(chuàng)造條件。
燃料輸出裝置將汽車用燃料或類似物與空氣混合，形成混合物，所述燃料輸出裝置包括點(diǎn)火裝置和燃燒室，燃燒室接收燃料輸出裝置輸出的混合物，點(diǎn)火裝置將混合物點(diǎn)燃。所述燃料輸出裝置為圖1中可燃CxHy氣體輸出裝置。
所述燃料輸出裝置包括燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置，所述燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置上分別連有控制閥，所述燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置輸出至燃燒裝置。
控制模塊通過分別控制第一電磁閥16的開啟、關(guān)閉和第二電磁閥25的開啟、關(guān)閉，從而控制第一氣體支路17和第二氣體支路26的開關(guān)?？刂颇K3還可控制點(diǎn)火線圈41點(diǎn)火。
燃燒裝置包括點(diǎn)火線圈41、火花塞42和燃燒室43?？諝廨敵鲅b置和可燃CxHy氣體輸出裝置通過第三氣體支路40與燃燒室43相連，氣體支路40上有單向閥44和緩沖塞45，將空氣和丙烷單向?qū)肴紵?3?；鸹ㄈ?2把點(diǎn)火線圈41產(chǎn)生的高壓電引入燃燒室43，在火花塞42電極的間隙之間產(chǎn)生火花點(diǎn)燃空氣和丙烷的混合氣。燃燒室43與排氣管7相連，燃燒室43內(nèi)的尾氣可進(jìn)入排氣管7。氧傳感器6位于排氣管7上，對(duì)加熱型氧傳感器同時(shí)提供加熱電流。外部信號(hào)采集電路9與氧傳感器6(所有安裝好的氧傳感器總稱)相連，采集、監(jiān)視氧傳感器6的輸出信號(hào)電壓。
尾氣分析裝置包括尾氣分析儀51和尾氣采樣裝置，所述尾氣采樣裝置包括尾氣取樣接頭52和采樣管53。通過采樣管53將排氣管7中燃燒尾氣樣本導(dǎo)入尾氣分析儀51，直接測(cè)量燃燒尾氣的氧濃度和空燃比指標(biāo)。
氧傳感器6主要是被用于性能測(cè)試，由于各氧傳感器安裝位置很接近，可進(jìn)行在不同的氧傳感器之間進(jìn)行對(duì)比性能試驗(yàn)。
排氣管的作用是提供氧傳感器、溫度傳感器和尾氣采樣管的安裝位置，并引導(dǎo)廢氣順利排出。
溫控裝置用于控制燃燒室或排氣管內(nèi)的氣體溫度保持恒定。溫控裝置8包括電加熱器81、熱電偶82和溫控儀83，熱電偶82位于氧傳感器6上，電加熱器用于給燃燒室加熱，溫控制儀控制電加熱器的加熱溫度，熱電偶用于測(cè)量氧傳感器的溫度，其信號(hào)輸出至溫控制儀，通過恒溫閉環(huán)控制的方法，對(duì)排氣管內(nèi)尾氣進(jìn)行恒溫調(diào)節(jié)，營造測(cè)試氧傳感器所需的溫度環(huán)境。
上述溫控制裝置可以直接加熱排氣管中氣體的溫度，或直接加熱氧傳感器周圍氣體的溫度。上述熱電偶可以測(cè)取燃燒室內(nèi)的溫度輸出至溫控制儀來控制燃燒室內(nèi)的溫度保持恒定。
圖2中空氣氣泵11輸出的空氣經(jīng)減壓、除水、穩(wěn)壓等處理后進(jìn)入燃燒室43，儲(chǔ)氣瓶21輸出的丙烷經(jīng)減壓、穩(wěn)壓后的進(jìn)入燃燒室43，空氣和丙烷在燃燒室43內(nèi)混合?？刂颇K3控制電子點(diǎn)火線圈41點(diǎn)火，通過火花塞42產(chǎn)生火花引燃混合氣，在燃燒室43內(nèi)燃燒后生成尾氣，進(jìn)入排氣管7，溫控裝置8通過恒溫閉環(huán)控制的方法，對(duì)排氣管內(nèi)尾氣進(jìn)行恒溫調(diào)節(jié)，對(duì)氧傳感器6所需的溫度環(huán)境進(jìn)行細(xì)調(diào)，尾氣分析儀5通過尾氣取樣接頭52和采樣管53直接采集尾氣測(cè)量尾氣的氧濃度和空燃比指標(biāo)。氧傳感器6位于排氣管7上，外部信號(hào)采集電路9采集和監(jiān)視其輸出信號(hào)電壓。在恒定溫度和空燃比環(huán)境下采集和監(jiān)視氧傳感器輸出信號(hào)電壓可測(cè)量的氧傳感器靜態(tài)輸出特性，連續(xù)調(diào)節(jié)和改變空燃比及控制溫度多次測(cè)量，則可描繪出氧傳感器電壓與空燃比、溫度條件的關(guān)系曲線。同時(shí)通過控制模塊3控制不同氣體支路上的電磁閥快速切換，瞬間改變各支路氣體的通斷組合，實(shí)現(xiàn)尾氣空燃比和氧濃度的突變；采集和分析隨之而來的氧傳感器信號(hào)波形的變化，就可分析出氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
本裝置利用丙烷與空氣混合燃燒所產(chǎn)生的氣體來模擬汽車尾氣，通過選擇流量大小和開閉氣體支路開關(guān)，得到不同比例的氣體混合比，借助電子裝置的點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)不同混合比氣體的穩(wěn)定燃燒，用電磁閥的開啟與關(guān)閉控制各支路氣體的快速通斷，迅速地改變?nèi)紵旌媳龋瑢?shí)現(xiàn)不同氧濃度尾氣的快速轉(zhuǎn)換，用溫控裝置將尾氣溫度恒定控制在所需范圍，用尾氣分析儀直接監(jiān)測(cè)尾氣的氧濃度和空燃比指標(biāo)。這種結(jié)構(gòu)可模擬汽車尾氣中氧含量稀濃間突變的濃度環(huán)境及溫度環(huán)境，從而為全面測(cè)試和評(píng)價(jià)氧傳感器的基本性能創(chuàng)造條件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
之所以通過尾氣分析儀或類似裝置直接測(cè)量燃燒尾氣氧濃度和空燃比指標(biāo)，而不采用通過測(cè)量流量、間接計(jì)算的常規(guī)方式，是為了在實(shí)現(xiàn)高測(cè)量精度和低設(shè)備成本之間尋找恰當(dāng)?shù)钠胶狻?br> 為了測(cè)量空燃比值，一般的思路是分別測(cè)量參與燃燒的兩種氣體的流量關(guān)系，據(jù)此進(jìn)行分析計(jì)算。但這種辦法存在較大的系統(tǒng)誤差由于測(cè)量氧傳感器所預(yù)設(shè)的氣體組合的流量比例大都在理論空燃比附近，此時(shí)兩種氣體體積流量相差懸殊(以丙烷和空氣混合4燃燒為例，根據(jù)及空氣中氧氣的體積含量約占1/5，可得同溫同壓下丙烷和空氣的體積比例大約為1∶25左右)；在此條件下，對(duì)本身流量較小的氣體即使絕對(duì)值很小的流量測(cè)量誤差也可能導(dǎo)致較大的空燃比計(jì)算誤差。由于尾氣環(huán)境本就在濃稀臨界狀態(tài)附近，計(jì)算所得的尾氣空燃比值所反映的濃稀狀況可能與真實(shí)情況有很大偏差；而恰恰氧傳感器電壓信號(hào)會(huì)在理論空燃比附近發(fā)生突變(變化斜率很大)，進(jìn)而可能導(dǎo)致對(duì)氧傳感器信號(hào)與尾氣空燃比之間的關(guān)系得出完全錯(cuò)誤的結(jié)論。要減小系統(tǒng)誤差就需要提高流量測(cè)量的精度；但從技術(shù)角度而言，要大幅度提升微小氣體流量的測(cè)量精度是較為困難的，要求有專用的、非常精密的儀器，同時(shí)還必須根據(jù)該氣體特性予以特別標(biāo)定，設(shè)備成本可能大幅攀升。而采用尾氣分析儀或可直接測(cè)量尾氣空燃比的裝置則可另劈奚徑，直接將測(cè)量精度控制在可以接受的范圍，使問題得以簡(jiǎn)化。
可見，本測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本合理，可精確、方便地測(cè)試氧傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而為汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)排放的精確匹配提供方便。
權(quán)利要求
1.一種汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括燃料輸出裝置、氧傳感器、信號(hào)采集裝置和燃燒裝置，燃料輸出裝置將汽車用燃料或類似物與空氣混合，形成混合物；所述燃燒裝置包括點(diǎn)火裝置和燃燒室，燃燒室接收燃料輸出裝置輸出的混合物，點(diǎn)火裝置將燃燒室內(nèi)的混合物點(diǎn)燃，燃燒室接有排氣管；氧傳感器安裝在排氣管上，其頭部深入排氣管內(nèi)部，感受燃燒尾氣的殘余氧濃度；信號(hào)采集裝置接收氧傳感器輸出的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述燃料輸出裝置包括燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置，所述燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置上分別連有控制閥，所述燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置輸出至燃燒裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述控制閥包括流量控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述控制閥還包括多個(gè)電磁閥，所述燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置分別包括多條支路，所述流量控制閥包括多個(gè)，所述流量控制閥和電磁閥分別位于每條支路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述控制閥還包括多個(gè)穩(wěn)壓閥，穩(wěn)壓閥分別位于燃燒氣體儲(chǔ)氣裝置和空氣儲(chǔ)氣裝置的每條支路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于還包括溫控裝置，所述溫控裝置控制燃燒室或排氣管內(nèi)的氣體溫度保持恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度控制裝置為恒溫加熱裝置，所述恒溫加熱裝置包括電加熱器、熱電偶和溫控制儀，電加熱器用于給燃燒室加熱，溫控制儀控制電加熱器的加熱溫度，熱電偶用于測(cè)量氧傳感器的溫度，其信號(hào)輸出至溫控制儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于還包括尾氣分析裝置，所述分析裝置包括尾氣分析儀51和尾氣采樣裝置，尾氣采樣裝置采樣排氣管內(nèi)的氣體給尾氣分析儀，尾氣分析儀用于分析經(jīng)燃燒的氣體中氧的濃度和空燃比。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于還包括控制模塊3，所述控制模塊3分別控制電磁閥的開啟和關(guān)閉和點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火。
全文摘要
一種汽車用氧傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，包括燃料輸出裝置、氧傳感器、信號(hào)采集裝置和燃燒裝置，燃料輸出裝置將汽車用燃料或類似物與空氣混合，形成混合物；所述燃燒裝置包括點(diǎn)火裝置和燃燒室，燃燒室接收燃料輸出裝置輸出的混合物，點(diǎn)火裝置將燃燒室內(nèi)的混合物點(diǎn)燃，燃燒室接有排氣管；氧傳感器安裝在排氣管上，其頭部深入排氣管內(nèi)部，感受燃燒尾氣的殘余氧濃度；信號(hào)采集裝置接收氧傳感器輸出的信號(hào)。使用本發(fā)明可方便地在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)為測(cè)試氧傳感器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性創(chuàng)造條件，而且實(shí)現(xiàn)了測(cè)量高精度和低成本的較好結(jié)合。
文檔編號(hào)G01N27/00GK1959399SQ200510022020
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者李斌, 蔣榮勛, 王以強(qiáng), 魏波, 吳丙炎 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司