CN104614186A - 一种废气再循环中冷器换热效率试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种废气再循环中冷器换热效率试验台及试验方法，试验台中前EGR管一端用于连接中冷器进气口，另一端连接到排气总管，后EGR管一端用于连接中冷器出气口，另一端连接到EGR尾管；前EGR管上设置有前温度传感器，EGR尾管上设置有后温度传感器；还包括冷却液恒温装置和用于连接冷却液恒温装置与中冷器的出水口的冷却液出水管，以及用于连接冷却液恒温装置与中冷器进水口的和冷却液进水管，冷却液进水管上设有冷却液进口温度传感器；电子控制单元通过采集前温度传感器、冷却液进口温度传感器和后温度传感器的温度值计算出中冷器的换热效率。本发明能够实时检测出中冷器的换热效率，有助于解决发动机排放的废气中NO_x、PM含量大，且经济性变差的问题。

Description

一种废气再循环中冷器换热效率试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及内燃机废气再循环(EGR)技术领域，具体为一种废气再循环中冷器换热效率试验台及试验方法。

背景技术

废气再循环(EGR)技术是解决柴油机NO_x(氮氧化物)排放的有效措施之一，尤其是经中冷后的EGR在NO_x、PM(particulate matter颗粒物)含量和经济性方面能够实现更好的折衷水平。在冷却EGR的同时，排气当中所含的soot(煤烟)和HCs(碳氢化合物)在热泳力、静电、扩散和凝结等作用下沉积到EGR中冷器的换热元件表面而形成积碳。达到稳定状态的积碳会导致EGR中冷换热效率下降达20-30％，由此导致发动机排放的废气中NO_x、PM含量增大，且经济性变差。为了测试EGR中冷器的换热效率，需要设计一种适用于内燃机废气再循环中冷器换热效率试验的试验台及其控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够测试EGR中冷器的换热效率的一种废气再循环中冷器换热效率试验台及试验方法。技术方案如下：

一种废气再循环中冷器换热效率试验台，包括排气总管、前EGR管、后EGR管和EGR尾管；前EGR管一端用于连接中冷器进气口，另一端连接到排气总管，后EGR管一端用于连接中冷器出气口，另一端连接到EGR尾管；所述前EGR管上设置有前温度传感器，所述EGR尾管上设置有后温度传感器；还包括冷却液恒温装置和用于连接冷却液恒温装置与中冷器的出水口的冷却液出水管，以及用于连接冷却液恒温装置与中冷器进水口的和冷却液进水管，冷却液进水管上设有冷却液进口温度传感器；所述前温度传感器、冷却液进口温度传感器和后温度传感器分别连接电子控制单元。

进一步的，所述冷却液恒温装置连接电子控制单元。

更进一步的，所述前EGR管上还设置有前气体取样口，前气体取样口连接前气体分析仪；所述后EGR管与EGR尾管之间连接有标准气进气管，标准气进气管上设有标准气流量计；所述EGR尾管上设有后气体取样口和背压阀，后气体取样口连接后气体分析仪；所述背压阀、前气体分析仪、标准气流量计和后气体分析仪分别连接电子控制单元。

更进一步的，所述冷却液出水管上设有冷却液出口温度传感器和冷却液流量计；所述冷却液进水管上还设有和冷却液流量控制阀；所述冷却液出口温度传感器、冷却液流量计和冷却液流量控制阀分别连接所述电子控制单元。

更进一步的，所述前EGR管和EGR尾管上分别设有与电子控制单元连接的前压力传感器和后压力传感器。

更进一步的，所述前EGR管和后EGR管上分别设有前快接头和后快接头。

一种废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，包括：

将待测中冷器连接入试验台；

电子控制单元采集前温度传感器的温度信号T_EGR·进、后温度传感器的温度信号T_EGR·出，以及冷却液进口温度传感器的温度信号T_cool·进；

根据如下公式计算待测中冷器的换热效率η：

一种废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，包括：电子控制单元采集冷却液进口温度传感器的温度值；若该温度值大于预设温度值，则电子控制单元控制冷却液恒温装置使冷却液温度降低，否则控制冷却液恒温装置使冷却液温度升高。

一种废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，包括：

所述前气体分析仪采集并分析前EGR管中EGR废气中CO₂的质量百分数并将数据传给所述电子控制单元；

所述标准气流量计将测量的标准气进气管中的标准气体流量q_标传给所述电子控制单元；

所述后气体分析仪采集并分析EGR尾管中混合气体中CO₂的质量百分数并将数据传给所述电子控制单元；

根据以下公式计算出前EGR管中EGR废气流量q_EGR：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{EGR}\·{\mathrm{CO}}_2}=\frac{q_{\mathrm{EGR}\·{\mathrm{CO}}_2}}{q_{\mathrm{EGR}}}$

其中，为EGR废气中CO₂的流量；为单位体积标准气体中CO₂的流量；为标准气体中CO₂的质量百分数，为已知量；

若EGR废气流量q_EGR大于预设流量值，则减小背压阀的开度，否则增大背压阀的开度。

一种废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，包括：所述电子控制单元采集冷却液进口温度传感器和冷却液出口温度传感器的温度值，并计算两者的差值；若该差值大于目标值，则增大冷却液流量控制阀的开度，否则减小冷却液流量控制阀的开度。

本发明的有益效果是：本发明能够在内燃机连续工作的情况下实时检测出中冷器的换热效率，并且可以检测出不同冷却液温度条件下，不同气EGR废气流量条件下以及单位时间内不同冷却液热容量条件下的中冷器的换热效率，有助于研究不同情况下换热效率的变化规律，从而有助于解决发动机排放的废气中NO_x、PM含量大，且经济性变差的问题。

附图说明

图1为本发明EGR中冷器换热效率测试台的安装示意图。

图2为本发明EGR中冷器换热效率测试台的控制系统连接示意图。

图中：1-排气总管；2-前EGR管；3-前气体取样口；4-前压力传感器；5-前温度传感器；6-前气体分析仪；7-前快接头；8-中冷器；9-冷却液出口温度传感器；10-冷却液流量计；11-冷却液出水管；12-冷却液恒温装置；13-冷却液进水管；14-冷却液流量控制阀；15-冷却液进口温度传感器；16-后快接头；17-后EGR管；18-标准气进气管；19-标准气流量计；20-后气体取样口；21-后压力传感器；22-后温度传感器；23-后气体分析仪；24-背压阀；25-EGR尾管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：如图1所示，一种废气再循环中冷器换热效率试验台，包括排气总管1、前EGR管2、后EGR管17和EGR尾管25；前EGR管2一端用于连接待测中冷器8进气口，另一端连接到排气总管1，后EGR管17一端用于连接中冷器8出气口，另一端连接到EGR尾管25；所述前EGR管2上设置有前气体取样口3、前压力传感器4和前温度传感器5，前气体取样口3连接前气体分析仪6；所述EGR尾管25上设置有后气体取样口20、后压力传感器21、后温度传感器22、和背压阀24，后气体取样口20连接后气体分析仪23；所述后EGR管17与EGR尾管25之间连接有标准气进气管18，标准气进气管18上设有标准气流量计19。还包括冷却液恒温装置12和用于连接冷却液恒温装置12与中冷器8的出水口的冷却液出水管11，以及用于连接冷却液恒温装置12与中冷器8进水口的和冷却液进水管13，冷却液进水管13上设有冷却液进口温度传感器15和冷却液流量控制阀14；冷却液出水管11上设有冷却液出口温度传感器9和冷却液流量计10。所述前EGR管2和后EGR管17上分别设有前快接头7和后快接头16，方便快速更换待测中冷器8，提高实验效率。

如图2所示，前压力传感器4、前温度传感器5、前气体分析仪6、冷却液出口温度传感器9、冷却液流量计10、冷却液进口温度传感器15、标准气流量计19、后压力传感器21、后温度传感器22和后气体分析仪23分别连接ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)，并将信号传给所述电子控制单元；所述电子控制单元还连接冷却液恒温装置12、冷却液流量控制阀14、EGR背压阀24和显示器，并将控制信号发送至上述装置。整个系统实行闭环控制，可以实现无人值守工作。

试验时，将待测中冷器8连接如试验台，然后开始在各试验条件下的测试。

检测某一冷却液温度下待测中冷器8的换热效率时，通过以下方法控制来达到试验条件：电子控制单元采集冷却液进口温度传感器15的温度值；若该温度值大于预设温度值，则电子控制单元控制冷却液恒温装置12使冷却液温度降低，否则控制冷却液恒温装置12使冷却液温度升高，从而是进入中冷器8的冷却液温度持续保持在预设温度值。

检测某一EGR废气流量条件下待测中冷器8的换热效率，通过以下方法控制来达到试验条件：所述前气体分析仪6采集并分析前EGR管2中EGR废气中CO₂的质量百分数并将数据传给所述电子控制单元；所述标准气流量计19将测量的标准气进气管18中的标准气体流量q_标传给所述电子控制单元；所述后气体分析仪23采集并分析EGR尾管25中混合气体中CO₂的质量百分数并将数据传给所述电子控制单元；

根据以下公式计算出前EGR管2中EGR废气流量q_EGR：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{EGR}\·{\mathrm{CO}}_2}=\frac{q_{\mathrm{EGR}\·{\mathrm{CO}}_2}}{q_{\mathrm{EGR}}}$

其中，为EGR废气中CO₂的流量；为单位体积标准气体中CO₂的流量；为标准气体中CO₂的质量百分数，为已知量；若EGR废气流量q_EGR大于预设流量值，则减小背压阀24的开度，否则增大背压阀24的开度，从而使EGR废气流量持续保持在预设的流量值。

检测单位时间内冷却液某一热容量条件下待测中冷器8的换热效率，通过以下方法控制来达到试验条件：所述电子控制单元采集冷却液进口温度传感器15和冷却液出口温度传感器9的温度值，并计算两者的差值；若该差值大于目标值，则增大冷却液流量控制阀14的开度，否则减小冷却液流量控制阀14的开度，从而保证单位时间内流经中冷器8的冷却液热容量恒定。

检测待测中冷器8换热效率的方法为：电子控制单元采集前温度传感器5的温度信号T_EGR·进、后温度传感器22的温度信号T_EGR·出，以及冷却液进口温度传感器15的温度信号T_cool·进；根据如下公式计算待测中冷器8的换热效率η：

电子控制单元计算得出换热效率并将信号传给所述显示器，使换热效率可以实时显示。

Claims (10)

1.一种废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于，包括排气总管(1)、前EGR管(2)、后EGR管(17)和EGR尾管(25)；前EGR管(2)一端用于连接中冷器(8)进气口，另一端连接到排气总管(1)，后EGR管(17)一端用于连接中冷器(8)出气口，另一端连接到EGR尾管(25)；所述前EGR管(2)上设置有前温度传感器(5)，所述EGR尾管(25)上设置有后温度传感器(22)；还包括冷却液恒温装置(12)和用于连接冷却液恒温装置(12)与中冷器(8)的出水口的冷却液出水管(11)，以及用于连接冷却液恒温装置(12)与中冷器(8)进水口的和冷却液进水管(13)，冷却液进水管(13)上设有冷却液进口温度传感器(15)；所述前温度传感器(5)、冷却液进口温度传感器(15)和后温度传感器(22)分别连接电子控制单元。

2.根据权利要求1所述的废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于，所述冷却液恒温装置(12)连接电子控制单元。

3.根据权利要求1所述的废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于，所述前EGR管(2)上还设置有前气体取样口(3)，前气体取样口(3)连接前气体分析仪(6)；所述后EGR管(17)与EGR尾管(25)之间连接有标准气进气管(18)，标准气进气管(18)上设有标准气流量计(19)；所述EGR尾管(25)上设有后气体取样口(20)和背压阀(24)，后气体取样口(20)连接后气体分析仪(23)；所述背压阀(24)、前气体分析仪(6)、标准气流量计(19)和后气体分析仪(23)分别连接电子控制单元。

4.根据权利要求1所述的废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于，所述冷却液出水管(11)上设有冷却液出口温度传感器(9)和冷却液流量计(10)；所述冷却液进水管(13)上还设有和冷却液流量控制阀(14)；所述冷却液出口温度传感器(9)、冷却液流量计(10)和冷却液流量控制阀(14)分别连接所述电子控制单元。

5.根据权利要求1所述的废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于，所述前EGR管(2)和EGR尾管(25)上分别设有与电子控制单元连接的前压力传感器(4)和后压力传感器(21)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于，所述前EGR管(2)和后EGR管(17)上分别设有前快接头(7)和后快接头(16)。

7.一种如权利要求1所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，其特征在于，包括：

将待测中冷器(8)连接入试验台；

电子控制单元采集前温度传感器(5)的温度信号T_EGR·进、后温度传感器(22)的温度信号T_EGR·出，以及冷却液进口温度传感器(15)的温度信号T_cool·进；

根据如下公式计算待测中冷器(8)的换热效率η：

8.一种如权利要求2所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，其特征在于，包括：电子控制单元采集冷却液进口温度传感器(15)的温度值；若该温度值大于预设温度值，则电子控制单元控制冷却液恒温装置(12)使冷却液温度降低，否则控制冷却液恒温装置(12)使冷却液温度升高。

9.一种如权利要求3所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，其特征在于，包括：

所述前气体分析仪(6)采集并分析前EGR管(2)中EGR废气中CO₂的质量百分数并将数据传给所述电子控制单元；

所述标准气流量计(19)将测量的标准气进气管(18)中的标准气体流量q_标传给所述电子控制单元；

所述后气体分析仪(23)采集并分析EGR尾管(25)中混合气体中CO₂的质量百分数并将数据传给所述电子控制单元；

根据以下公式计算出前EGR管(2)中EGR废气流量q_EGR：

${\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{EGR}\·\mathrm{CO}}_2}=\frac{q_{\mathrm{EGR}\·{\mathrm{CO}}_2}}{q_{\mathrm{EGR}}}$

其中，为EGR废气中CO₂的流量；为单位体积标准气体中CO₂的流量；为标准气体中CO₂的质量百分数，为已知量；

若EGR废气流量q_EGR大于预设流量值，则减小背压阀(24)的开度，否则增大背压阀(24)的开度。

10.一种如权利要求4所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的试验方法，其特征在于，包括：所述电子控制单元采集冷却液进口温度传感器(15)和冷却液出口温度传感器(9)的温度值，并计算两者的差值；若该差值大于目标值，则增大冷却液流量控制阀(14)的开度，否则减小冷却液流量控制阀(14)的开度。