CN106500971A - 一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，包括：柴油颗粒过滤器、压差传感器、燃烧器模拟装置、控制器；柴油颗粒过滤器的进气口接燃烧器模拟装置的出气口，压差传感器的两个探头分别连接在所述柴油颗粒过滤器的进气口和出气口上，压差传感器和所述燃烧器模拟装置都与所述控制器相连；控制器根据预设配置信息或外部输入对燃烧器模拟装置的出气口的流量和/或温度进行控制，并由自所述压差传感器接收的压差信号获得所述柴油颗粒过滤器的积碳再生特征参数、和/或热疲劳特征参数、和/或运行参数。简化用户测试工艺，可以针对不同发动机机型开发的DPF形成与机型匹配的测试曲线和测试数据包，用于开发研究和后续测试。

Description

一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体地，涉及一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统。

背景技术

随着国家对节能环保的重视，以及相关法律法规的推出，市场对相关领域的重视程度日渐增强。在商用车领域，随着国家队汽车减排的法规升级，对车辆后处理系统的要求日益严苛，对商用车而言，控制发动机废气中PM的含量是商用车重要的排放指标。柴油颗粒过滤器（DPF，Diesel Particulate Filter）是对商用车尾气净化最有效的手段，也是目前全球通用的解决减排方法之一，因此DPF过滤特性的研究（积碳）以及对过滤物的处理（再生）是DPF性能的重要指标。

DPF开发过程中，可以采用未来与其匹配使用的发动机对性能和参数进行测试、研究和修改，但是发动机测试台架的成本较大以及发动机开发时间周期的匹配限制了这种方式的应用，更为主要的是有针对性的发动机台架不能应用于其他型号的DPF的开发和测试。

综上，开发适用的用来对DPF进行热疲劳及积碳再生的燃烧器台架，不仅可以代替专用的发动机台架，又可以满足一机多用的意图，在满足减排的同时，又可以大幅度降低企业的开发成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统。

根据本发明提供的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，包括：柴油颗粒过滤器、压差传感器、燃烧器模拟装置、控制器；

所述柴油颗粒过滤器的进气口接所述燃烧器模拟装置的出气口，所述压差传感器的两个探头分别连接在所述柴油颗粒过滤器的进气口和出气口上，所述压差传感器和所述燃烧器模拟装置都与所述控制器相连；

所述控制器根据预设配置信息或外部输入对所述燃烧器模拟装置的出气口的流量和/或温度进行控制，并由自所述压差传感器接收的压差信号获得所述柴油颗粒过滤器的积碳再生特征参数、和/或热疲劳特征参数、和/或运行参数。

作为一种优化方案，所述燃烧器模拟装置包括燃烧室、喷油模组、油罐、油泵、变频电机、变频器；

所述燃烧室还设有调温风口和助燃风口，调温风口和助燃风口的控制端与所述控制器相连；

所述控制器根据预设配置信息或外部输入对所述变频器进行控制，从而控制所述变频电机对所述油泵的转速，所述油泵抽吸油至所述油罐中，所述油罐出油口连通所述喷油模组；

所述油罐与所述喷油模组之间的的连通管路上还设有控制阀门组件，所述控制阀门组件的控制端与所述控制器相连；

所述控制器通过对所述控制阀门组件、所述变频器以及所述调温风口和助燃风口的控制实现对所述燃烧器模拟装置的出气口的流量和/或温度进行控制。

作为一种优化方案，所述喷油模组包括喷油嘴、喷油器和点火线圈；

若干所述喷油嘴和至少一个所述喷油器通过一法兰盘集成安装，所述点火线圈设于所述法兰盘的中心。

作为一种优化方案，所述控制阀门组件包括比例阀和电磁阀；所述喷油嘴、喷油器与所述油罐连通的管路上都设有所述电磁阀，所述喷油器与所述油罐连通的管路上还设有所述比例阀。

作为一种优化方案，所述油罐还设有回油孔，所述回油孔上设有回油比例阀和阻尼器，所述回油比例阀的控制端与所述控制器相连。

作为一种优化方案，所述油罐上还设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器相连，所述压力传感器用于将检测到的所述油罐的压力信息发送至所述控制器。

作为一种优化方案，所述控制器与所述变频器之间通过CANopen实现通信。

作为一种优化方案，所述积碳再生特征参数包括实时积碳速度；

所述控制器用于根据累计的多个实时积碳速度自动搜索获得最佳的积碳速度路径，并根据压差信号、油泵的转速和外部输入的积碳速度要求确定在所述最佳的积碳速度路径下的所述运行参数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以用于DPF热疲劳测试，也可以用于积碳与再生测试，既满足温度跨度要求，温度范围为50度-1000度，又满足温度精度要求，最高精度为1%。

简化用户测试工艺，可以针对不同发动机机型开发的DPF形成与机型匹配的测试曲线和测试数据包，用于开发研究和后续测试。

相对于传统测试方法，大幅度降低系统投入成本，总成降幅大于50%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是可选的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统结构图；

图2是可选的一种喷油模组结构示意图；

图3是得到最优化的积碳速度的流程示意图。

图中：

1-柴油颗粒过滤器，2-压差传感器，3-燃烧器模拟装置，4-控制器；

31-燃烧室，32-喷油模组，33-油罐，34-油泵，35-变频电机，36-变频器。

具体实施方式

下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

燃烧器是一种混合燃料和空气进行燃烧，提供高温气体的燃烧系统。分为工业、民用和特种等几种。本实施例中燃烧器模拟装置3是模拟汽车排气系统及后处理组件专用燃烧器的装置。

本实施例中柴油颗粒过滤器1（Diesel Particulate Filter）是一种设置在柴油发动机排气系统中的，用来过滤废气颗粒物（PM）以降低对大气污染的排气后处理装置。

发动机燃烧不充分产生的碳颗粒物加载到过滤装置上，为积碳；当积碳达到一定程度后，将积累的碳颗粒燃烧，为再生。

在本发明提供的一种柴油颗粒过滤器1的积碳再生及热疲劳仿真测试系统的实施例中，如图1所示，包括：柴油颗粒过滤器1、压差传感器2、燃烧器模拟装置3、控制器4；

所述柴油颗粒过滤器1的进气口接所述燃烧器模拟装置3的出气口，所述压差传感器2的两个探头分别连接在所述柴油颗粒过滤器1的进气口和出气口上，所述压差传感器2和所述燃烧器模拟装置3都与所述控制器4相连；

所述控制器4根据预设配置信息或外部输入对所述燃烧器模拟装置3的出气口的流量和/或温度进行控制，并由自所述压差传感器2接收的压差信号获得所述柴油颗粒过滤器1的积碳再生特征参数、和/或热疲劳特征参数、和/或运行参数。

本发明通过对燃烧器模拟装置3的调控模拟了不同型号汽车的燃烧器类型，从而能够适应不同的测试要求，对温度的控制能够满足对柴油颗粒过滤器1（DPF）的热疲劳性能的测试，对压差信号的获取能够实现对柴油颗粒过滤器1的积碳再生性能的测试。这种对燃烧器输出的灵活控制能够模拟出DPF连接各种型号的汽车燃烧器情况下的性能测试和分析。

作为一种实施例，所述燃烧器模拟装置3包括燃烧室31、喷油模组32、油罐33、油泵34、变频电机35、变频器36；

所述燃烧室31还设有调温风口和助燃风口，调温风口和助燃风口的控制端与所述控制器4相连；

所述控制器4根据预设配置信息或外部输入对所述变频器36进行控制，从而控制所述变频电机35对所述油泵34的转速，所述油泵34抽吸油至所述油罐33中，所述油罐33出油口连通所述喷油模组32；

所述油罐33与所述喷油模组32之间的的连通管路上还设有控制阀门组件，所述控制阀门组件的控制端与所述控制器4相连；

所述控制器4通过对所述控制阀门组件、所述变频器36以及所述调温风口和助燃风口的控制实现对所述燃烧器模拟装置3的出气口的流量和/或温度进行控制。

本实施例中所述油泵34为高压油泵34。

柴油颗粒过滤器1的积碳与再生功能需要控制积碳的速度大小，而积碳的速度与喷油颗粒有一定关系。

喷油颗粒的大小和供油压力存在一定关系，通过变频电机35控制高压油泵34，可以将供油压力控制在较大范围内，从而实现了对喷油颗粒的控制。

作为一种实施例，如图2所示，所述喷油模组32包括喷油嘴、喷油器和点火线圈；

若干所述喷油嘴和至少一个所述喷油器通过一法兰盘集成安装，所述点火线圈设于所述法兰盘的中心。

作为一种实施例，所述控制阀门组件包括比例阀和电磁阀；所述喷油嘴、喷油器与所述油罐33连通的管路上都设有所述电磁阀，所述喷油器与所述油罐33连通的管路上还设有所述比例阀。

所述油罐33还设有回油孔，所述回油孔上设有比例阀和阻尼器，所述回油比例阀的控制端与所述控制器4相连。

所述油罐33上还设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器4相连，所述压力传感器用于将检测到的所述油罐33的压力信息发送至所述控制器4。

所述控制器4与所述变频器36之间通过CANopen实现通信。

所述积碳再生特征参数包括实时积碳速度。

所述控制器4用于根据累计的多个实时积碳速度自动搜索获得最佳的积碳速度路径，并根据压差信号、油泵34的转速和外部输入的积碳速度要求确定在所述最佳的积碳速度路径下的所述运行参数。

本发明的系统主要包含供气、供油、燃烧室31部分、控制、被测的DPF。原理图如图1所示。

其中，供气部分又分为助燃风和调温风两部分，都采用传统的供气方式，由风机提供一定压头的压缩空气。

供油部分由变频器36、变频电机35、高压油泵34和油罐33等组成，压力传感器和比例阀组成油压控制回路，变频电机35由变频器36驱动，可以控制变频电机35有较大的转速范围，变频器36和控制器4之间采用CANOPEN通讯。

燃烧室31部分包含燃烧室31、喷油器、点火线圈、比例阀和电磁阀等。喷油器有主动和被动式两种组成，保证喷油的数量以及喷油量的精度。点火线圈用于对油气混合物点火，比例阀用于控制进油量。

被测DPF上设有差压传感器。差压传感器测量DPF两端的压力损失，差压数值是积碳效果的重要体现，控制器4对差压数值进行存储记录。

控制器4是燃烧器系统的核心部分，系统的控制逻辑及核心工艺算法都被嵌入控制器4中。除常规的运行逻辑和用户需求之外，控制器4可以根据用户输入的转速、流量和温度，生成针对某发动机的流量和温度匹配曲线和数据，测试中，只要用户输入发动机转速，控制器4可自动生成系统对应的运行参数。

积碳速度是研究积碳再生的重要指标，根据累计的数据数据，控制器4可以自动搜索最佳的积碳速度路径（即最快路径），根据输入的差压，计算出此压差下的最优匹配的转速RPM（即流量Q），得到最优化的积碳速度，如图3所示。

本发明可以用于DPF热疲劳测试，也可以用于积碳与再生测试，既满足温度跨度要求，温度范围为50度-1000度，又满足温度精度要求，最高精度为1%。

简化用户测试工艺，可以针对不同发动机机型开发的DPF形成与机型匹配的测试曲线和测试数据包，用于开发研究和后续测试。

相对于传统测试方法，大幅度降低系统投入成本，总成降幅大于50%。

本发明解决了以下技术问题：

（1）温度控制范围及精度

由于本发明的功能包含积碳与再生，同时需要用于DPF的热疲劳测试，因此燃烧器模拟装置3不仅需要有较大的温度范围，还需要控制温度调试精度。

为了达到上述目的，燃烧器模拟装置3的喷油系统采用多个被动式喷油嘴和主动式喷油嘴配合的方法，由被动式喷油嘴控制温度范围，主动式起到精度补偿作用，使得燃烧器既可以满足较大的控制范围，同时又可以满足控制的精度。

（2）喷油颗粒控制及积碳速度的自动调节

积碳与再生功能需要控制积碳的速度大小，而积碳的速度与喷油颗粒有一定关系。

喷油颗粒的大小和供油压力存在一定关系，油压越大，参与燃烧的油颗粒越小，燃烧越充分。通过变频电机35控制高压油泵34，可以将供油压力控制在较大范围内（20bar到500bar之间），从而实现了对喷油颗粒的控制，进而实现对积碳的控制。

（3）燃烧器流量和温度与发动机转速、流量和温度匹配

通用的燃烧器需要用户输入气体流量和温度，以实现用户的单点测试目的，不能和实际的发动机完全结合在一起。

实际中，发动机的尾气流量和温度和是发动机的转速相关的，燃烧器模拟装置3的流量可以根据用户提供的发动机的转速流量曲线和发动机完全匹配，根据发动机的转速和温度曲线匹配燃烧器模拟装置3的流量和温度曲线。并生成针对不同发动机型号的速度、流量和温度曲线。从而实现燃烧器模拟装置3和发动机的匹配。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，包括：柴油颗粒过滤器、压差传感器、燃烧器模拟装置、控制器；

所述柴油颗粒过滤器的进气口接所述燃烧器模拟装置的出气口，所述压差传感器的两个探头分别连接在所述柴油颗粒过滤器的进气口和出气口上，所述压差传感器和所述燃烧器模拟装置都与所述控制器相连；

所述控制器根据预设配置信息或外部输入对所述燃烧器模拟装置的出气口的流量和/或温度进行控制，并由自所述压差传感器接收的压差信号获得所述柴油颗粒过滤器的积碳再生特征参数、和/或热疲劳特征参数、和/或运行参数。

2.根据权利要求1所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述燃烧器模拟装置包括燃烧室、喷油模组、油罐、油泵、变频电机、变频器；

所述燃烧室还设有调温风口和助燃风口，调温风口和助燃风口的控制端与所述控制器相连；

所述控制器根据预设配置信息或外部输入对所述变频器进行控制，从而控制所述变频电机对所述油泵的转速，所述油泵抽吸油至所述油罐中，所述油罐出油口连通所述喷油模组；

所述油罐与所述喷油模组之间的的连通管路上还设有控制阀门组件，所述控制阀门组件的控制端与所述控制器相连；

所述控制器通过对所述控制阀门组件、所述变频器以及所述调温风口和助燃风口的控制实现对所述燃烧器模拟装置的出气口的流量和/或温度进行控制。

3.根据权利要求2所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述喷油模组包括喷油嘴、喷油器和点火线圈；

若干所述喷油嘴和至少一个所述喷油器通过一法兰盘集成安装，所述点火线圈设于所述法兰盘的中心。

4.根据权利要求3所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述控制阀门组件包括比例阀和电磁阀；所述喷油嘴、喷油器与所述油罐连通的管路上都设有所述电磁阀，所述喷油器与所述油罐连通的管路上还设有所述比例阀。

5.根据权利要求2所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述油罐还设有回油孔，所述回油孔上设有回油比例阀和阻尼器，所述回油比例阀的控制端与所述控制器相连。

6.根据权利要求2所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述油罐上还设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器相连，所述压力传感器用于将检测到的所述油罐的压力信息发送至所述控制器。

7.根据权利要求2所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述控制器与所述变频器之间通过CANopen实现通信。

8.根据权利要求1所述的一种柴油颗粒捕集器的积碳再生及热疲劳仿真测试系统，其特征在于，所述积碳再生特征参数包括实时积碳速度；

所述控制器用于根据累计的多个实时积碳速度自动搜索获得最佳的积碳速度路径，并根据压差信号、油泵的转速和外部输入的积碳速度要求确定在所述最佳的积碳速度路径下的所述运行参数。