[发明专利]用于柴油机EGR系统进气集管混合气体的氧浓度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机排放系统，具体涉及一种用于柴油机EGR系统进气集管混合气体的氧浓度测量装置，属于柴油机技术领域。

背景技术

EGR技术是船用柴油机氮氧化物(NOx)排放控制的重要技术手段之一。现有船用柴油机EGR系统中测量进气集管氧气(O₂)的浓度是采用ABB公司AZ10Marine-certified oxygen analyzer，资料见Operating instructions OI/AZ10/MARINE–EN Rev.C。由于柴油机进气混合气体的压力较高，在0-4.5bar范围内波动，传统的方式主要还是通过对被测气体采样并减压后进行氧浓度测量分析。所用氧浓度测量装置主要包括引气管路、减压装置和氧化锆(ZrO₂)式氧浓度传感器模块；引气管路主要用于从柴油机进气集管引出被测气体；减压装置对引出的高压气体进行降压，调节到氧浓度传感器能接受的压力范围；氧化锆(ZrO₂)式氧浓度传感器模块用于测量引出气体的氧浓度值。

上述装置有以下不足，由于氧化锆氧浓度传感器测量本身有一定的延时，在加上通过引流减压过程所引起的滞后，因而严重影响进气管氧浓度测量的实时性；此外由于被测气体压力波动范围大，减压效果不稳定，所出现的压力波动会导致测试输出误差较大，不利于EGR控制系统进气管混合气体氧浓度的实时精确控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种用于柴油机EGR系统进气集管混合气体的氧浓度测量装置，通过引入同等压力的参比气体，省却预先引出气体进行减压的过程，实现EGR系统进气集管氧浓度的直接测量，达到简化装置结构、提高测试精度、提升测量实时性的效果。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种用于柴油机EGR系统进气集管混合气体的氧浓度测量装置，包括直接连接于所述进气集管上的氧化锆氧浓度传感器，该氧化锆氧浓度传感器包括固定连接于法兰上的金属壳体和设置于该金属壳体内的氧化锆管，该氧化锆管连接于所述金属壳体内靠所述进气集管的开口处，所述金属壳体上设有穿过该金属壳体的参比气体引入管，该参比气体引入管将参比气体引入所述氧化锆管内侧的传感器内腔，该氧化锆管的内侧与所述参比气体接触，外侧直接与所述进气集管内的混合气体接触，该氧化锆管外侧的混合气体与内侧的参比气体的气体压力差不大于0.5bar；所述氧浓度测量装置通过实时测得所述氧化锆管两侧的电极电势差，经过换算得到混合气体当前的氧浓度。

进一步地，所述的金属壳体上设置有用于置换新的参比气体的节流孔。

进一步地，所述的氧化锆氧浓度传感器还包括有能透气的微孔铂电极，该微孔铂电极设置于所述氧化锆管的内外壁上，外侧设有带孔的陶瓷保护层。

进一步地，所述的氧化锆氧浓度传感器还包括有进行加热处理的加热丝和用于温度反馈的热电偶，该加热丝和热电偶设置于所述传感器内腔中且位于所述氧化锆管的附近。

进一步地，所述的氧化锆管为以氧化锆作为固体电解质制成的微孔管。

进一步地，所述的氧浓度测量装置通过下列公式获得混合气体的氧浓度：

式中，E-氧化锆管两侧的电极电势差(mV)，

R-理想气体常数，

F-法拉第常数，

T-热力学温度，

P1-被分析的混合气体氧浓度(％)，

P2-参比气体氧浓度(％)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、由于采用同等压力的新鲜空气作为参比气体，在氧化锆内外两侧不会产生太大的气体压力差(不高于0.5bar)，因此不需气体减压装置，从而简化了所述装置的结构。

2、由于氧化锆氧浓度传感器直接接入进气集管进行测量，从而减少了氧浓度采集数据的延迟，提高了系统响应速度。

3、在氧化锆固体电解质传感器的作用下直接在进气集管内部测得混合气体的氧浓度，同时在测量过程中减少了扫气箱内压缩气体能量损失，数据转换过程中不需要进行氧化锆管内外侧压力差修正，从而保证测量数据更准确，提高了测试结果的精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：

1—传感器内腔，2—金属壳体，3—参比气体引入管，4—节流孔，5—法兰，6—氧化锆管，7—微孔铂电极，8—加热丝，9—热电偶。

具体实施方式