專利名稱：輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動尾氣排放測試技術(shù)及設(shè)備，屬于汽車試驗測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了減少汽車污染物排放量，各國針對機動車的排放法規(guī)越來越嚴。歐盟2000年起執(zhí)行的第三階段排放法規(guī)(簡稱歐III標準)增加了輕型汽車低溫下冷起動后排放試驗項目，用來控制冬季汽車冷起動后污染物的排放量。我國國家標準GB18352.3《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(III、IV)》也有同樣規(guī)定。
輕型汽車低溫冷起動排放試驗，歐III標準要求汽車在-7℃(零下7℃)的環(huán)境下放置12～36小時(全車冷透)，隨即在-7℃環(huán)境下，汽車在轉(zhuǎn)轂試驗臺上按規(guī)定的工況(15工況)運行4052米(780秒)，同時測量汽車排氣中CO(一氧化碳)、HC(碳氫化合物)、NOx(氮氧化合物)的排放量(單位g/km)，測量汽車排放量是否在規(guī)定的限值以內(nèi)，用此方法評定汽車排放是否達標。進行這樣的試驗需要專門的低溫排放試驗室，除了需要配置常溫排放試驗所需的汽車轉(zhuǎn)轂試驗裝置和測試儀器外，還要有一套能使整個試驗室長時間處于-7℃低溫的制冷系統(tǒng)。由于有的輕型汽車可能長達7米多，體積較大，因此，低溫試驗室的容積必須很大，致使制冷系統(tǒng)的造價和運行費用十分昂貴。
BOSMAL Automotive R&D Centre的Bielaczyc等人曾將整車放置在室外-15℃的低溫環(huán)境下浸車16小時，然后放置在常溫轉(zhuǎn)轂上進行低溫起動排放研究。該研究方法用外界低溫環(huán)境代替了低溫轉(zhuǎn)轂試驗臺的環(huán)境艙，一定程度上節(jié)省了實驗成本；但仍需采用昂貴的轉(zhuǎn)轂試驗臺及定容采樣系統(tǒng)，部件調(diào)整困難及浸車時間長的的缺點仍存在，且其試驗初期發(fā)動機進氣溫度與冷環(huán)境溫度相差較大。
國內(nèi)外曾出現(xiàn)過的在發(fā)動機臺架上模擬轉(zhuǎn)轂工況的方法有如下兩種一是GM公司曾采用計算機自動控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機模擬FTP-75工況研究發(fā)動機尾氣排放。該系統(tǒng)采用自動控制的電力測功機來模擬真實車輛動作，配以變速器，使得發(fā)動機工作循環(huán)同整車轉(zhuǎn)轂幾乎完全相同。這種模擬方法最貼近轉(zhuǎn)轂試驗臺，但其造價昂貴，且是在常溫下——若增加控溫設(shè)備，則其設(shè)備的復雜性、造價和運行費用都已接近轉(zhuǎn)轂試驗臺，因此實際研究中很少采用。二是在常溫下穩(wěn)定工況模擬試驗研究發(fā)動機尾氣排放。該方法簡便易行，試驗條件重現(xiàn)性好，但是不能研究發(fā)動機變工況情況，因此不能反應(yīng)整車轉(zhuǎn)轂試驗過程的真實情況。例如豐田汽車公司在常溫下采用三段模擬方法研究發(fā)動機冷起動HC排放特性。
針對這種情況，考慮到汽車污染物排放量主要由發(fā)動機產(chǎn)生，將輕型汽車發(fā)動機單獨在發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置上進行試驗，可以取得與上述低溫整車轉(zhuǎn)轂排放試驗同樣效果，但其造價和運行費用都會減少，冷卻時間也可以大為縮短。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的狀況，本發(fā)明的目的是建立輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置，該裝置可具有快速、設(shè)備簡單、成本低廉、模擬效果好的優(yōu)點，旨在模擬輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動所需的低溫環(huán)境及汽車轉(zhuǎn)轂試驗過程，研究和改進輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動特性，低溫冷起動控制策略以及優(yōu)化排氣后處理系統(tǒng)，解決汽車發(fā)動機滿足輕型汽車低溫冷起動排放試驗即歐III標準排放限值方案的平臺。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置，其特征在于該裝置包括冷卻艙，冷卻艙制冷系統(tǒng)，設(shè)置在冷卻艙內(nèi)的被測試發(fā)動機、發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置、發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置和催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置，設(shè)置在冷卻艙外的電渦流測功機、兩臺排放分析儀和計算機控制采集系統(tǒng)；所述的發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置包括冷卻液循環(huán)泵、冷卻液散熱器、冷卻液風扇以及安裝有冷卻液電磁閥的冷卻液回路管道；所述的冷卻液回路管道與裝有冷卻液溫度傳感器的發(fā)動機小循環(huán)系統(tǒng)連接；所述的發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置包括潤滑油散熱器、與該散熱器相連的空氣泵、潤滑油泵以及安裝有潤滑油電磁閥的潤滑油回路管道，所述的潤滑油回路管道與發(fā)動機油底殼下部的進出口相連，在油底殼內(nèi)裝有潤滑油溫度傳感器；所述的催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置包括催化轉(zhuǎn)化器和空氣泵，所述的空氣泵通過裝有空氣泵電磁閥的管道與催化轉(zhuǎn)化器的進口相連，并在催化轉(zhuǎn)化器排氣管的出口分別設(shè)有外排氣電磁閥和內(nèi)排氣電磁閥。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出的效果本發(fā)明是以常規(guī)發(fā)動機排放試驗臺為基礎(chǔ)的一種試驗裝置，將被測試發(fā)動機用專門制作的冷卻艙與其他試驗設(shè)備和測量儀器隔開，使其單獨處于-7℃低溫環(huán)境下。如同常規(guī)發(fā)動機排放試驗臺那樣，本發(fā)明試驗裝置能進行遠距離(或隔室)操作，能按設(shè)定的程序模擬發(fā)動機在汽車轉(zhuǎn)轂試驗臺上進行的15工況試驗，用于研究和改進汽車發(fā)動機的低溫冷起動排放性能。該發(fā)明具有以下主要特點①較小的環(huán)境艙，它能在整個試驗過程中，為發(fā)動機提供長時間-7℃的低溫環(huán)境進氣，使用成本大大降低；②通過艙內(nèi)溫度閉環(huán)控制和對發(fā)動機內(nèi)冷卻液、潤滑油及催化器的強制循環(huán)冷卻，達到對發(fā)動機及其相關(guān)附屬設(shè)備的全面、快速冷卻，大大縮短了低溫起動試驗的準備時間，具有快速冷卻特點；③冷卻艙外使用電渦流測功機對發(fā)動機進行控制模擬歐III排放標準規(guī)定的低溫冷起動試驗過程，同時用直采方法測量發(fā)動機污染物排放量，具有成本低廉、模擬效果好的優(yōu)點。


圖1為汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為模擬排放試驗裝置中發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為為模擬排放試驗裝置中發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為模擬排放試驗裝置中催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-制冷機組，2-冷卻艙，3-蒸發(fā)器，4-冷卻液散熱器，5-潤滑油散熱器，6-催化轉(zhuǎn)化器，7-艙門，8-被測試發(fā)動機，9-空氣泵；10-燃油箱，11-動力輸出軸，12-排放分析儀，13-排氣管，14-電渦流測功機，15-計算機控制采集系統(tǒng)，16-冷卻液風扇，17-冷卻液循環(huán)泵，18-繼電器，19-冷卻液電磁閥；20-冷卻液溫度傳感器；21-發(fā)動機散熱器，22-潤滑油泵，23-潤滑油繼電器；24-空氣泵；25-潤滑油溫傳感器25，26-油底殼出油口，27-潤滑油電磁閥，28-外排氣電磁閥，29-內(nèi)排氣電磁閥，30-催化轉(zhuǎn)化器溫度傳感器，31-空氣泵電磁閥。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明提供的汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置主要包括冷卻艙2，被測試發(fā)動機8，由設(shè)置在艙外的制冷機組1和艙內(nèi)的蒸發(fā)器3組成的制冷系統(tǒng)，發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置、發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置和催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置，設(shè)置在冷卻艙外的電渦流測功機14、兩臺排放分析儀12、計算機控制采集系統(tǒng)15；所述的被測試發(fā)動機通過動力輸出軸11與電渦流測功機14相連。冷卻艙設(shè)有艙門7，冷卻艙2的底板、墻體、頂板、艙門7由保溫材料制成。排氣管13和動力輸出軸11分別從冷卻艙墻體上開設(shè)的兩個孔中通至艙外，動力輸出軸11兩端分別與被測試發(fā)動機8和電渦流測功機14連接，由計算機控制采集系統(tǒng)15運行控制。排氣管13內(nèi)的排氣由排放分析儀12直采，數(shù)據(jù)傳入計算機控制采集系統(tǒng)15。制冷系統(tǒng)自動控制冷卻艙2內(nèi)的環(huán)境溫度。被測試發(fā)動機的電腦、燃油箱10放置在冷卻艙2內(nèi)模擬汽車發(fā)動機真實狀態(tài)。冷卻艙內(nèi)還設(shè)有發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置、潤滑油強制快速冷卻裝置和催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置，用于快速冷卻被測試發(fā)動機8，通過設(shè)置在冷卻艙2內(nèi)的溫度傳感器，由計算機控制采集系統(tǒng)15顯示艙內(nèi)各部件溫度。在所述的發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置、潤滑油強制快速冷卻裝置和催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置的回路管道上分別設(shè)有電磁閥，用于控制該冷卻裝置的開閉。排放試驗時強制快速冷卻裝置不工作，試驗前后需要時才開啟。當電磁閥全部關(guān)閉后，強制快速冷卻裝置的通路切斷，被測試發(fā)動機的冷卻液、潤滑油、排氣管通路與原發(fā)動機一致。
圖2為本發(fā)明提供的發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置是對發(fā)動機冷卻液進行強制快速冷卻，主要包括冷卻液循環(huán)泵17、冷卻液散熱器4、冷卻液風扇16、繼電器18以及安裝有冷卻液電磁閥19的冷卻液回路管道；所述的冷卻液回路管道與裝有冷卻液溫度傳感器20的發(fā)動機小循環(huán)系統(tǒng)連接。冷卻液循環(huán)泵17將冷卻液泵入冷卻液散熱器4進行冷卻。冷卻效果可通過發(fā)動機缸蓋內(nèi)的冷卻液溫度傳感器20進行監(jiān)控。冷卻結(jié)束后，關(guān)閉繼電器18、電磁閥19和風扇16，冷卻液通路恢復原機循環(huán)狀態(tài)。
圖3為本發(fā)明提供的發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置主要包括潤滑油散熱器5、與該散熱器相連的空氣泵24、潤滑油泵22以及安裝有電磁閥27的潤滑油回路管道；所述的潤滑油回路管道與發(fā)動機油底殼下部的進出口相連，在油底殼內(nèi)裝有潤滑油溫度傳感器25。當需要對發(fā)動機潤滑油進行外部循環(huán)強制快速冷卻時，打開電磁閥27，由繼電器23控制空氣泵24及潤滑油泵22開始工作，潤滑油通過油底殼出油口26進入散熱器5進行冷卻。冷卻效果可通過被測試發(fā)動機8油底殼內(nèi)部的潤滑油溫度傳感器25進行監(jiān)控。冷卻結(jié)束后，關(guān)閉電磁閥27和繼電器23，空氣泵24及潤滑油泵22停止工作，發(fā)動機潤滑油恢復原機循環(huán)狀態(tài)。
圖4為本發(fā)明提供的催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置主要包括空氣泵9，催化轉(zhuǎn)化器6和電磁閥，催化轉(zhuǎn)化器的進出口分別設(shè)有催化轉(zhuǎn)化器溫度傳感器30。所述的空氣泵通過裝有空氣泵電磁閥31的管道與催化轉(zhuǎn)化器的進口相連，在催化轉(zhuǎn)化器排氣管的出口分別設(shè)有外排氣電磁閥28和內(nèi)排氣電磁閥29。當需要對催化轉(zhuǎn)化器進行強制快速冷卻時，首先關(guān)閉外排氣電磁閥28，打開內(nèi)排氣電磁閥29、空氣泵電磁閥31的開關(guān)，將冷卻艙內(nèi)的冷空氣泵入催化轉(zhuǎn)化器6內(nèi)，通過內(nèi)排氣電磁閥29使空氣在冷卻艙內(nèi)部循環(huán)，冷卻效果可通過催化轉(zhuǎn)化器溫度傳感器30進行監(jiān)控。亦可只打開外排氣電磁閥28，關(guān)閉內(nèi)排氣電磁閥29，將冷卻艙內(nèi)的冷空氣泵入吸附大量廢氣的催化轉(zhuǎn)化器，同時進行清洗和冷卻，并通過外排氣電磁閥28排出艙外。打開外排氣電磁閥28，關(guān)閉內(nèi)排氣電磁閥29、空氣泵電磁閥31后，發(fā)動機排氣系統(tǒng)恢復原機狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置，其特征在于該裝置包括冷卻艙(2)，冷卻艙制冷系統(tǒng)，設(shè)置在冷卻艙內(nèi)的被測試發(fā)動機(8)、發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置、發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置和催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置，設(shè)置在冷卻艙外的電渦流測功機(14)、兩臺排放分析儀(12)和計算機控制采集系統(tǒng)(15)；所述的發(fā)動機冷卻液強制快速冷卻裝置包括冷卻液循環(huán)泵(17)、冷卻液散熱器(4)、冷卻液風扇(16)以及安裝有冷卻液電磁閥(19)的冷卻液回路管道；所述的冷卻液回路管道與裝有冷卻液溫度傳感器(20)的發(fā)動機小循環(huán)系統(tǒng)連接；所述的發(fā)動機潤滑油強制快速冷卻裝置包括潤滑油散熱器(5)、與該散熱器相連的空氣泵(24)、潤滑油泵(22)以及安裝有潤滑油電磁閥(27)的潤滑油回路管道，所述的潤滑油回路管道與發(fā)動機油底殼下部的進出口相連，在油底殼內(nèi)裝有潤滑油溫度傳感器(25)；所述的催化轉(zhuǎn)化器強制快速冷卻裝置包括催化轉(zhuǎn)化器(6)和空氣泵(9)，所述的空氣泵通過裝有空氣泵電磁閥(31)的管道與催化轉(zhuǎn)化器的進口相連，并在催化轉(zhuǎn)化器排氣管的出口分別設(shè)有外排氣電磁閥(28)和內(nèi)排氣電磁閥(29)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在所述的催化轉(zhuǎn)化器的進出口分別設(shè)有催化轉(zhuǎn)化器溫度傳感器(30)。
全文摘要
輕型汽車發(fā)動機低溫冷起動快速模擬排放試驗裝置，應(yīng)用在模擬輕型汽車歐III、IV轉(zhuǎn)轂試驗工況的發(fā)動機臺架上的試驗裝置。該裝置主要包括冷卻艙，制冷系統(tǒng)，發(fā)動機強制快速冷卻裝置，設(shè)置在冷卻艙外電渦流測功機、兩臺排放分析儀、計算機控制采集系統(tǒng)。本發(fā)明采用環(huán)境艙溫度控制結(jié)合外部強制快速冷卻裝置，對發(fā)動機、后處理系統(tǒng)和附屬部件進行均勻、快速降溫，大大縮短了試驗的準備時間。同時與傳統(tǒng)整車低溫轉(zhuǎn)轂試驗臺相比，該裝置僅采用電渦流測功機，排放物直采系統(tǒng)以及較小的環(huán)境艙，具有設(shè)備造價低廉、模擬效果好的優(yōu)點，使用成本也大大降低。
文檔編號G01M15/00GK1664539SQ20051001151
公開日2005年9月7日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者肖建華, 王建昕, 徐仲倫, 莊人雋, 帥石金, 房樹堂, 馬崴 申請人:清華大學