CN104728841A - 一种燃烧器及其用于商用车发动机后处理组件的测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃烧器，包括燃烧室以及设置在燃烧室上的调温风口和助燃风口，燃烧室内还设置有数个喷油嘴，喷油嘴中设置有点火线圈，每个喷油嘴都与一个电磁阀相连接，数个电磁阀并联后与一个总电磁阀相连，总电磁阀的另一端与油罐连接，油罐上还设置有压力传感器，油罐的一端与微调阀和阻尼器串联，油罐还有一端与油泵和变频电机连接；变频器另一端连接有控制器。燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法，包括五个模式，分别为冷流模式、热流模式、热冲击模式、积碳模式和再生模式。本发明结构新颖、大大增大燃烧器的比调以及可以解决一机多用，并且可以用于商用车发动机后处理组件的测试方法的特点。

Description

一种燃烧器及其用于商用车发动机后处理组件的测试方法
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，同时也涉及发动机后处理组件的测试方法，特别涉及一种燃烧器及其用于商用车发动机后处理组件流体特性、积碳再生性能的测试方法。
背景技术
传统的燃烧器主要用于电力行业各火力发电厂中锅炉的点火启动和稳燃。在商用车辆发动机排气组件测试中没有运用过。
同时，一般车辆发动机的处理组件，如POC，会捕集碳颗粒从而降低碳排放颗粒，净化大气，达到减排效果，但颗粒捕集过程同时会增加处理组件的压力损失，从而导致发动机功率损失。因此其流体力学特性及减排特性在设计中需要进行测试和评估。
车辆的后处理组件测试需要开发定制的测试台架，需设计根据测试目的定制的喷油策略、燃烧器结构、空气和燃油供给，但设计周期很长，难度较大、成本极高，废材费料。
随着国家对汽车减排的法规升级，对车辆排气后处理设计的要求也更严格。而商用车排气系统碳颗粒的排放是法规考核的重要指标之一，同时，后处理组件的压力损失特性影响发动机的功率损失程度，会引起主机厂及后处理组件供应商的重视。
同时，现有技术中，传统的燃烧器的比调一般为2:1(最大功率和最小功率之比)，即使专用开发的设备一般在10:1以内，难以满足通用商用发动机从怠速排气流量至15L发动机满负荷运行下质量流量的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构新颖、大大增大燃烧器的比调以及可以解决一机多用的燃烧器台架、并且可以将燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种燃烧器，包括燃烧室以及设置在燃烧室上的调温风口和助燃风口，燃烧室内还设置有数个喷油嘴，喷油嘴中设置有点火线圈，每个喷油嘴都与一个电磁阀相连接，数个电磁阀并联后与一个总电磁阀相连，总电磁阀的另一端与油罐连接，油罐上还设置有压力传感器，油罐的一端与微调阀和阻尼器串联，油罐还有一端与油泵和变频电机连接，变频电机通过380V电源与变频器连接，变频器另一端连接有控制器，并且变频器和控制器采用CANOPEN通信方式交互；控制器另一端连接有数据输入输出端口、模拟量输入输出端口以及网络通讯协议端口。
所述喷油嘴设置在喷油嘴法兰盘上，同时喷油嘴的个数不少于三个。
所述喷油嘴均匀设置在喷油嘴法兰盘上。
所述喷油嘴喷嘴处的横截面积小于喷油嘴4底面的横截面积。
所述喷油嘴喷嘴处的横截面的内轮廓为椭圆形或者多边形。
所述喷油嘴喷嘴处的横截面的内轮廓为圆形、正方形或者正三角形。
所述喷油嘴设置为四个。
所述喷油嘴设置为五个。
一种燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法，该测试方法包括五个模式，分别为冷流模式、热流模式、热冲击模式、积碳模式和再生模式；其中热流模式、热冲击模式和积碳模式时测试方法为用户先通过用户控制软件(HMI)输入用户需要压头、流量和温度需要，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标，之后系统检测及火检工作，启动供油系统，点火，系统调节温度达标；最后控制系统反馈用户控制软件(HMI)界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
所述模式为再生模式时，压头、再生温度和流量由系统默认，不需要用户输入，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标，之后系统检测及火检工作，气动供油系统，点火，系统调节温度达标；最后控制系统反馈控制软件界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
所述模式为冷流模式时，测试方法为用户先通过用户控制软件(HMI)输入用户需要压头、流量和温度需要，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标；最后控制系统反馈用户控制软件(HMI)界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
本发明所述的一种燃烧器结构新颖、大大增大燃烧器的比调以及可以解决一机多用，并且可以用于一种燃烧器及其用于商用车发动机后处理组件的测试方法的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中喷油嘴的结构示意图。
1、调温风口，2、燃烧室，3、点火线圈，4、喷油嘴，5、电磁阀，6、总电磁阀，7、压力传感器，8、油罐，9、油泵，10、变频电机，11、控制器，12、网络通讯协议端口，13、模拟量输入输出端口，14、数据输入输出端口，15、变频器，16、微调阀，17、阻尼器，18、助燃风口，19、喷油嘴法兰盘。
具体实施方式
一种燃烧器，包括燃烧室2以及设置在燃烧室2上的调温风口1和助燃风口18，燃烧室2内还设置有数个喷油嘴4，喷油嘴4之间还设置有点火线圈3，每个喷油嘴4都与一个电磁阀5相连接，数个电磁阀5并联后与一个总电磁阀6相连，总电磁阀6的另一端与油罐8连接，油罐8上还设置有压力传感器7，油罐8的一端与微调阀16和阻尼器17串联，油罐8还有一端与油泵9和变频电机10连接，变频电机10通过380V电源与变频器15连接，变频器15另一端连接有控制器11，并且变频器15和控制器11采用CANOPEN通信方式交互；控制器11另一端连接有数据输入输出端口14、模拟量输入输出端口13以及网络通讯协议端口12。
所述喷油嘴4设置在喷油嘴法兰盘19上，同时喷油嘴4的个数不少于三个。
所述喷油嘴4均匀设置在喷油嘴法兰盘19上。
所述喷油嘴4喷嘴处的横截面积小于喷油嘴4底面的横截面积。
所述喷油嘴4喷嘴处的横截面的内轮廓为椭圆形或者多边形。
所述喷油嘴4喷嘴处的横截面的内轮廓为圆形、正方形或者正三角形。
所述喷油嘴4设置为四个。
所述喷油嘴4设置为五个。
一种燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法，该测试方法包括五个模式，分别为冷流模式、热流模式、热冲击模式、积碳模式和再生模式；其中热流模式、热冲击模式和积碳模式的测试方法为用户先通过用户控制软件(HMI)输入用户需要压头、流量和温度需要，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标，之后系统检测及火检工作，启动供油系统，点火，系统调节温度达标；最后控制系统反馈用户控制软件(HMI)界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
所述模式为再生模式时，压头、再生温度和流量由系统默认，不需要用户输入，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标，之后系统检测及火检工作，气动供油系统，点火，系统调节温度达标；最后控制系统反馈用户控制软件(HMI)界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
所述模式为冷流模式时，测试方法为用户先通过用户控制软件(HMI)输入用户需要压头、流量和温度需要，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标；最后控制系统反馈用户控制软件(HMI)界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
具体实施时，一般的燃烧器喷油嘴为一个，其达到的比调过低。据设计需求优选配置的油嘴数为四个(如果需要，设计还可以增加至五个)。功率分布区间(即喷油嘴工作分布)依次为，比如四个喷油嘴分别为喷油嘴1、喷油嘴2、喷油嘴3和喷油嘴4：
A：喷油嘴1；B：喷油嘴2；C：喷油嘴1+喷油嘴2；D：喷油嘴3；E：喷油嘴3+喷油嘴1；F：喷油嘴3+喷油嘴2；G：喷油嘴3+喷油嘴1+喷油嘴2；H：喷油嘴4；I：喷油嘴4+喷油嘴1；J：喷油嘴4+喷油嘴2；K：喷油嘴4+喷油嘴1+喷油嘴2；L：喷油嘴4+喷油嘴3。
组合后的喷油嘴稳定的最大功率和最小功率之比将达到27:1。一般传统的燃烧器的比调一般为2:1(最大功率和最小功率之比)，即使专用开发的设备一般也只在10:1以内，本发明可达到27:1，满足通用商用发动机从怠速排气流量至15L发动机满负荷流量的需求，解决了该行业的一大难题以及空白。同时，当喷嘴个数为五个时，组合后的喷油嘴稳定的最大功率和最小功率之比将达到更高数值。但是油嘴数量受限于：法兰布置与燃烧器的匹配、油嘴CFD分布及油嘴之间的CFD耦合、点火难以程度、点火位置优化及点火次序配置、节能等因素。
喷油嘴喷嘴处的横截面积小于喷油嘴底面的横截面积。这样，从喷油嘴喷出的压力和速度都高于喷油嘴喷嘴处与底面截面一样的喷油嘴喷出的压力和速度，此时只需要采用很少的物料就能达到预期的效果。
喷油嘴喷嘴处的横截面的内轮廓为椭圆形或者多边形。当选用椭圆形或者多边形时能够方便物料的喷出增强喷出的压力和速度。
最优选的，当喷油嘴喷嘴处的横截面的内轮廓为圆形、正方形或者正三角形时，物料喷出的压力和速度将最大，效果最好，也更达到了省时省料的目的。
油压调节是燃烧器功率控制的重要因素之一，只有通过油压和功率的拟合曲线才能快速调节功率变化，准确控制气体温度和流量。本发明中，对于油压的定性控制策略由变频器控制主导，变频器控制快速、迟滞小，便于控制算法实现，为了提高控制的安全性和加快控制速度，变频器和控制器采用CANOPEN通信方式交互。除了油压定性控制，油压的稳定和定量控制策略由微调阀和阻尼器来实现，储油罐可以平滑油压，微调阀和压力传感器构成闭环，和变频器控制构成控制嵌套，从而实现油压的定量控制。另外，油压的使用方式可以应用到其他相关领域，比如汽轮机的实验台架供油等。
燃烧器用于模拟发动机不完全燃烧产生积碳颗粒的工作模式对其进行测试，从而检验商用车后处理组件的碳颗粒捕集特性。再生即通过后处理组件的背压损失是否超过设计要求，通过控制燃烧器气流流量及燃烧温度来模拟当时发动机的工作状况，将碳颗粒燃烧，降低后处理组件的压力损失，减小发动机功率损失，达到节能减排。
燃烧器用于发动机排气系统的测试方法可以测试五种模式：包括冷流模式、热流模式、热冲击模式、积碳模式和再生模式。其中冷流模式是基础模式，热流模式和热冲击模式是算法的关键，为了满足算法运行的快速和稳定，设计中供气和供油部分都采用CANOPEN协议与控制器通讯。燃烧器的冷流模式、热流模式、热冲击模式均可以直接用于乘用车汽油发动机的排气系统的相关测试中，可以实现一机多用的目的，大大地节约了成本和时间。相对于专用系统开发大幅度降低，仅为专用开发成本的31％左右。
以热流模式为例：假设用户选择压头为40kPa，流量为500kg/h，温度为500度。系统首先启动供风系统，调节气流压头为40kPa，一旦调节达标，控制算法启动流量调节逻辑，流量满足500kg/h后，控制算法启动供油逻辑、后点火控制逻辑，系统升温直至高温气体温度达到500度的设定要求，则控制系统反馈用户控制软件(HMI)界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
本发明同样可用于其他领域的应用，比如燃气轮机的测试等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
综上所述，本发明所述的一种燃烧器结构新颖、大大增大燃烧器的比调以及可以解决一机多用，并且可以用于商用车发动机后处理组件的测试方法的特点。

Claims (10)

1.一种燃烧器，包括燃烧室(2)以及设置在燃烧室(2)上的调温风口(1)和助燃风口(18)，其特征在于：燃烧室(2)内还设置有数个喷油嘴(4)，喷油嘴(4)之间还设置有点火线圈(3)，每个喷油嘴(4)都与一个电磁阀(5)相连接，数个电磁阀(5)并联后与一个总电磁阀(6)相连，总电磁阀(6)的另一端与油罐(8)连接，油罐(8)上还设置有压力传感器(7)，油罐(8)的一端与微调阀(16)和阻尼器(17)串联，油罐(8)还有一端与油泵(9)和变频电机(10)连接，变频电机(10)通过380V电源与变频器(15)连接，变频器(15)另一端连接有控制器(11)，并且变频器(15)和控制器(11)采用CANOPEN通信方式交互；控制器(11)另一端连接有数据输入输出端口(14)、模拟量输入输出端口(13)以及网络通讯协议端口(12)。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于：所述喷油嘴4均匀设置在喷油嘴法兰盘(19)上，同时喷油嘴(4)的个数不少于三个。
3.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于：所述喷油嘴(4)喷嘴处的横截面积小于喷油嘴(4)底面的横截面积。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种燃烧器，其特征在于：所述喷油嘴(4)喷嘴处的横截面的内轮廓为椭圆形或者多边形。
5.根据权利要求1至3之一所述的一种燃烧器，其特征在于：所述喷油嘴(4)喷嘴处的横截面的内轮廓为圆形、正方形或者正三角形。
6.根据权利要求5所述的一种燃烧器，其特征在于：所述喷油嘴(4)设置为四个。
7.根据权利要求5所述的一种燃烧器，其特征在于：所述喷油嘴(4)设置为五个。
8.根据权利要求1所述燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法，其特征在于：该测试方法包括五个模式，分别为冷流模式、热流模式、热冲击模式、积碳模式和再生模式；其中热流模式、热冲击模式和积碳模式的测试方法为用户先通过用户控制软件输入用户需要压头、流量和温度需要，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标，之后系统检测及火检工作，气动供油系统，点火，系统调节温度达标；最后控制系统反馈用户控制软件界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
9.根据权利要求8所述燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法，其特征在于：所述模式为再生模式时，压头、再生温度和流量由系统默认，不需要用户输入，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标，之后系统检测及火检工作，气动供油系统，点火，系统调节温度达标；最后控制系统反馈用户控制软件界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
10.根据权利要求8所述燃烧器用于商用车发动机后处理组件的测试方法，其特征在于：所述模式为冷流模式时，测试方法为用户先通过用户控制软件输入用户需要压头、流量和温度需要，然后启动系统，控制系统根据输入，依次启动供风系统，调节压头满足需求，调节空气流量达标；最后控制系统反馈用户控制软件界面系统调节完毕，测试数据可以使用并存储记录在数据库中。
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