CN107525678B - 一种内燃机egr冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置及方法，装置包括EGR进气管EGR冷却器、EGR出气管、冷却液恒温系统、气泵和加热设备；可调节进入EGR冷却器的EGR气体的温度和EGR气体中的HCs浓度和颗粒物浓度，用于测试不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中的再生过程，及测试相同颗粒物粒径和浓度分布、不同HCs浓度条件下不同粒径颗粒物的沉积路径。本发明为研究颗粒物的沉积路径对冷却器换热效率的影响，提供了更接近实际情况的模型效果，提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机废气再循环技术领域，具体为一种内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置及方法。
背景技术
EGR技术具有汽油机节能、柴油机减排的潜力得到了广泛的应用，其中冷EGR技术能够进一步强化EGR技术节能减排的目的。在EGR气体经过冷却器时，排气当中所含的soot会在热泳力、扩散、静电力和凝结等作用下沉积到EGR冷却器的换热元件表面而形成积碳，降低EGR冷却器的换热效率，影响EGR技术的使用性能。为了研究颗粒物的沉积路径对冷却器换热效率的影响，需要研究不同工况下颗粒物的沉积路径。但是随着EGR气体被冷却，EGR气体中的HCs等挥发性物质会凝结、吸附和沉积，改变EGR冷却器出口端颗粒物的浓度和粒径，影响颗粒物沉积路径的测量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供能够用于研究EGR气体中的HCs等挥发性物质对颗粒物沉积路径的影响和HCs在换热管中的再生过程的内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置及方法。技术方案如下：
一种内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置，包括EGR进气管EGR冷却器、EGR出气管、冷却液恒温系统、气泵和加热设备；EGR冷却器的进气口连接到EGR进气管，出气口连接到EGR出气管；
EGR进气管上设有EGR阀、进气端气体排放取样口、进气端颗粒物排放取样口和EGR气体温度传感器；EGR出气管上设有出气端气体排放取样口和出气端颗粒物排放取样口；
冷却液恒温系统通过冷却液管分别连接到EGR冷却器的进液口和出液口，使冷却液循环注入与排出；
气泵通过冷空气管与气体加热设备连接，加热后的空气通过热空气管连接到EGR进气管上的EGR阀之后；热空气管上沿空气流动方向依次设有喷油器和空气阀。
一种内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验方法，包括测试不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中的再生过程，具体如下：
步骤1：关闭EGR阀，打开空气阀和喷油器，通入含有HCs的空气；
步骤2：采集当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下EGR冷却器进出口端的颗粒物和HCs排放数据；通过对比EGR冷却器进、出气端颗粒物和HCs排放的差别，得出在当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下经过当前长度的EGR冷却器后生成的颗粒物的粒径、数量分布以及HCs的浓度变化；
步骤3：通过改变EGR冷却器的长度，测出当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的EGR冷却器中生成的颗粒物数量和粒径分布，即当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下的HCs的再生过程；
步骤4：改变喷油器的喷射量、加热设备的设定温度和冷却液恒温系统的温度，改变HCs浓度、热空气温度和冷却液温度；
步骤5：重复步骤1-4，测出不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中生成的颗粒物数量和粒径分布，即不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下的HCs的再生过程。
进一步的，还包括测试相同颗粒物粒径和浓度分布、不同HCs浓度条件下不同粒径颗粒物的沉积路径，具体如下：
步骤a：打开EGR阀，通入含有颗粒物的EGR气体；
步骤b：打开空气阀和喷油器，通入含有HCs的空气；
步骤c：采集当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下EGR冷却器进出口端的颗粒物和HCs排放数据，通过对比EGR冷却器6进、出气端颗粒物排放的差别，得出当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下颗粒物经过当前长度的EGR冷却器后的颗粒物的粒径和数量分布；
步骤d：通过改变喷油器的喷射量、加热设备的设定温度和冷却液恒温系统的温度，改变HCs浓度、热空气温度和冷却液温度；
步骤e：重复步骤a-d，测出不同HCs浓度对不同气体温度和冷却液温度条件下的颗粒物的沉积路径的影响。
更进一步的，调节进入EGR冷却器的EGR气体的温度和EGR气体中的HCs浓度和颗粒物浓度的方法如下：
A：打开EGR阀，关闭空气阀，经EGR进气管向EGR冷却器通入EGR气体；
B：采集当前工况下EGR冷却器进口端的颗粒物和HCs排放数据，及EGR气体温度；
C：若颗粒物浓度偏高，则调节空气阀增加进入EGR进气管的空气量，直至颗粒物浓度降至目标值；
若HCs浓度过高，则调节空气阀增加进入EGR进气管的空气量，直至HCs浓度降至目标值；
若HCs浓度过低，则调节喷油器的喷射量增加进入EGR进气管的HCs的量，直至HCs的浓度升至目标值；
若EGR气体温度过高，则降低加热装置的设定温度从而降低进入EGR进气管的空气的温度，直至EGR进气管中的EGR气体温度降至目标值；
若EGR气体温度过低，则升高加热装置的设定温度从而升高进入EGR进气管的空气的温度，直至EGR进气管中的EGR气体温度升至目标值。
本发明的有益效果是：
1） 本发明可以通过控制喷油器的喷射量、热空气的温度和冷却液温度，测出不同浓度HCs在不同的气体温度和冷却液温度条件下经过不同长度的EGR冷却器后HCs和颗粒物排放的变化，即不同浓度的HCs在不同的气体温度和冷却液温度条件下在换热管中的再生过程；
2） 本发明可以通过控制喷油器的喷射量、热空气的温度和冷却液温度，测出不同浓度的HCs在不同的气体温度和冷却液温度条件下对颗粒物沉积路径的影响；
3） 本发明为研究颗粒物的沉积路径对冷却器换热效率的影响，提供了更接近实际情况的模型效果，提高了测量精度；
4） 本发明的喷油器远离EGR气体中的颗粒物，可以避免喷油器被EGR气体中的颗粒物堵塞；
5） 本发明的通过控制热空气的流量可以在不改变EGR气体中颗粒物的粒径分布的情况下调节EGR气体中颗粒物的浓度；
6） 本发明的可以在不改变EGR气体中颗粒物的粒径和浓度分布的情况下通过控制加热设备的温度调节EGR气体的温度；
7） 本发明可以在不改变EGR气体中颗粒物的粒径分布的情况下通过控制喷油器的喷射量和调节热空气的流量控制EGR气体中的HCs浓度。
附图说明
图1为本发明内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置的结构示意图。
图中：1-EGR进气管；2- EGR阀；3-进气端气体排放取样口；4-进气端颗粒物排放取样口；5-EGR气体温度传感器；6-EGR冷却器；7-出气端气体排放取样口；8-出气端颗粒物排放取样口；9-EGR出气管9；10-冷却液管；11-冷却液恒温系统；12-气泵；13-冷空气管；14-气体加热设备；15-热空气管；16-喷油器；17-空气阀。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，一种内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置，包括EGR进气管1EGR冷却器6、EGR出气管9、冷却液恒温系统11、气泵12和加热设备14。
EGR冷却器6的进气口连接到EGR进气管1，出气口连接到EGR出气管9；EGR进气管1上设有EGR阀2、进气端气体排放取样口3、进气端颗粒物排放取样口4和EGR气体温度传感器5。
EGR出气管9上设有出气端气体排放取样口7和出气端颗粒物排放取样口8；冷却液恒温系统11通过冷却液管10分别连接到EGR冷却器6的进液口和出液口，使冷却液循环注入与排出。
气泵12通过冷空气管13与气体加热设备14连接，加热后的空气通过热空气管15连接到EGR进气管1上的EGR阀2之后；热空气管15上沿空气流动方向依次设有喷油器16和空气阀17。这样喷油器16远离EGR气体中的颗粒物，可以避免喷油器被EGR气体中的颗粒物堵塞。
采用本实施例的试验装置能够测试不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中的再生过程，具体如下：
步骤1：关闭EGR阀2，打开空气阀17和喷油器16，通入含有HCs的空气；
步骤2：采集当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下EGR冷却器6进出口端的颗粒物和HCs排放数据；通过对比EGR冷却器6进、出气端颗粒物和HCs排放的差别，得出在当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下经过当前长度的EGR冷却器6后生成的颗粒物的粒径、数量分布以及HCs的浓度变化；
步骤3：通过改变EGR冷却器6的长度，测出当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的EGR冷却器6中生成的颗粒物数量和粒径分布，即当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下的HCs的再生过程；
步骤4：改变喷油器16的喷射量、加热设备14的设定温度和冷却液恒温系统11的温度，改变HCs浓度、热空气温度和冷却液温度；
步骤5：重复步骤1-4，测出不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中生成的颗粒物数量和粒径分布，即不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下的HCs的再生过程。
采用本实施例的试验装置还可以测试相同颗粒物粒径和浓度分布、不同HCs浓度条件下不同粒径颗粒物的沉积路径。具体步骤如下：
步骤a：打开EGR阀2，通入含有颗粒物的EGR气体；
步骤b：打开空气阀17和喷油器16，通入含有HCs的空气；
步骤c：采集当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下EGR冷却器6进出口端的颗粒物和HCs排放数据，通过对比EGR冷却器6进、出气端颗粒物排放的差别，得出当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下颗粒物经过当前长度的EGR冷却器6后的颗粒物的粒径和数量分布；
步骤d：通过改变喷油器16的喷射量、加热设备14的设定温度和冷却液恒温系统11的温度，改变HCs浓度、热空气温度和冷却液温度；
步骤e：重复步骤a-d，测出不同HCs浓度对不同气体温度和冷却液温度条件下的颗粒物的沉积路径的影响。
其中，调节进入EGR冷却器6的EGR气体的温度和EGR气体中的HCs浓度和颗粒物浓度的方法如下：
A：打开EGR阀2，关闭空气阀17，经EGR进气管1向EGR冷却器6通入EGR气体；
B：采集当前工况下EGR冷却器6进口端的颗粒物和HCs排放数据，及EGR气体温度；
C：若颗粒物浓度偏高，则调节空气阀17增加进入EGR进气管1的空气量，直至颗粒物浓度降至目标值；
若HCs浓度过高，则调节空气阀17增加进入EGR进气管1的空气量，直至HCs浓度降至目标值；
若HCs浓度过低，则调节喷油器16的喷射量增加进入EGR进气管1的HCs的量，直至HCs的浓度升至目标值；
若EGR气体温度过高，则降低加热装置14的设定温度从而降低进入EGR进气管1的空气的温度，直至EGR进气管1中的EGR气体温度降至目标值；
若EGR气体温度过低，则升高加热装置14的设定温度从而升高进入EGR进气管1的空气的温度，直至EGR进气管1中的EGR气体温度升至目标值。
Claims (3)
1.一种内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验装置的试验方法，装置包括EGR进气管(1)EGR冷却器(6)、EGR出气管(9)、冷却液恒温系统(11)、气泵(12)和加热设备(14)；EGR冷却器(6)的进气口连接到EGR进气管(1)，出气口连接到EGR出气管(9)；EGR进气管(1)上设有EGR阀(2)、进气端气体排放取样口(3)、进气端颗粒物排放取样口(4)和EGR气体温度传感器(5)；EGR出气管(9)上设有出气端气体排放取样口(7)和出气端颗粒物排放取样口(8)；冷却液恒温系统(11)通过冷却液管(10)分别连接到EGR冷却器(6)的进液口和出液口，使冷却液循环注入与排出；
气泵(12)通过冷空气管(13)与气体加热设备(14)连接，加热后的空气通过热空气管(15)连接到EGR进气管(1)上的EGR阀(2)之后；热空气管(15)上沿空气流动方向依次设有喷油器(16)和空气阀(17)；其特征在于，包括测试不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中的再生过程，具体如下：
步骤1：关闭EGR阀(2)，打开空气阀(17)和喷油器(16)，通入含有HCs的空气；
步骤2：采集当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下EGR冷却器(6)进出口端的颗粒物和HCs排放数据；通过对比EGR冷却器(6)进、出气端颗粒物和HCs排放的差别，得出在当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下经过当前长度的EGR冷却器(6)后生成的颗粒物的粒径、数量分布以及HCs的浓度变化；
步骤3：通过改变EGR冷却器(6)的长度，测出当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的EGR冷却器(6)中生成的颗粒物数量和粒径分布，即当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下的HCs的再生过程；
步骤4：改变喷油器(16)的喷射量、加热设备(14)的设定温度和冷却液恒温系统(11)的温度，改变HCs浓度、热空气温度和冷却液温度；
步骤5：重复步骤1-4，测出不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下HCs在不同长度的所述EGR冷却器中生成的颗粒物数量和粒径分布，即不同HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下的HCs的再生过程。
2.根据权利要求1所述的内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验方法，其特征在于，还包括测试相同颗粒物粒径和浓度分布、不同HCs浓度条件下不同粒径颗粒物的沉积路径，具体如下：
步骤a：打开EGR阀(2)，通入含有颗粒物的EGR气体；
步骤b：打开空气阀(17)和喷油器(16)，通入含有HCs的空气；
步骤c：采集当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下EGR冷却器(6)进出口端的颗粒物和HCs排放数据，通过对比EGR冷却器6进、出气端颗粒物排放的差别，得出当前HCs浓度、气体温度和冷却液温度条件下颗粒物经过当前长度的EGR冷却器(6)后的颗粒物的粒径和数量分布；
步骤d：通过改变喷油器(16)的喷射量、加热设备(14)的设定温度和冷却液恒温系统(11)的温度，改变HCs浓度、热空气温度和冷却液温度；
步骤e：重复步骤a-d，测出不同HCs浓度对不同气体温度和冷却液温度条件下的颗粒物的沉积路径的影响。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机EGR冷却器颗粒物沉积路径模拟试验方法，其特征在于，调节进入EGR冷却器(6)的EGR气体的温度和EGR气体中的HCs浓度和颗粒物浓度的方法如下：
A：打开EGR阀(2)，关闭空气阀(17)，经EGR进气管(1)向EGR冷却器(6)通入EGR气体；
B：采集当前工况下EGR冷却器(6)进口端的颗粒物和HCs排放数据，及EGR气体温度；
C：若颗粒物浓度偏高，则调节空气阀(17)增加进入EGR进气管(1)的空气量，直至颗粒物浓度降至目标值；
若HCs浓度过高，则调节空气阀(17)增加进入EGR进气管(1)的空气量，直至HCs浓度降至目标值；
若HCs浓度过低，则调节喷油器(16)的喷射量增加进入EGR进气管(1)的HCs的量，
直至HCs的浓度升至目标值；
若EGR气体温度过高，则降低加热装置(14)的设定温度从而降低进入EGR进气管(1)的空气的温度，直至EGR进气管(1)中的EGR气体温度降至目标值；
若EGR气体温度过低，则升高加热装置(14)的设定温度从而升高进入EGR进气管(1)的空气的温度，直至EGR进气管(1)中的EGR气体温度升至目标值。
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