CN108035825B - 用于缸内直喷汽油机gpf老化的机油掺烧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置及方法，装置包括氮气罐、可调压减压阀、机油罐、机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀、均混强化装置、汽油流量计、汽油泵和汽油罐，氮气罐、可调压减压阀、机油罐顺次用管路串联，机油罐上设有可调压泄压阀，氮气罐与可调压减压阀、可调压泄压阀组成气压通路；机油罐、机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀、均混强化装置顺次用管路串联，组成机油管路；汽油罐、汽油泵、汽油流量计顺次用管路串联，组成汽油管路，汽油管路末端接入均混强化装置。实现了缸内直喷汽油机GPF老化试验中汽油与机油均匀混合燃烧，并可以根据发动机运行的不同工况，灵活调节机油与汽油的掺烧比例。

Description

用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置及方法

技术领域

本发明属于发动机领域，尤其是涉及一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置及方法。

背景技术

缸内直喷汽油机(GDI)因较好的动力性、燃油经济性等优点，在乘用车上得到愈来愈广泛的应用。但由于GDI汽油机的燃油直接喷入气缸，导致油气混合不均匀和燃油湿壁现象，使颗粒物排放质量和数量显著增加。排放法规的日趋严苛，尤其是欧六以及国六法规对汽油机的颗粒物质量和数目都提出了严格限制，其对应的PM和PN限值分别为0.0045g/km、6.0E11个/km。

对此，以GPF(Gasoline Particulate Filter汽油颗粒物捕集器)为代表的汽油机后处理技术应运而生。为保证GPF在整个车的使用寿命中有效，必须验证GPF的耐久性和存活率。为加速GPF老化，在常规汽油燃料中掺混一定比例的机油是行之有效的方法之一。国内外使用该方法的装置较少，而且使用单独的燃烧器较多，并不能在发动机台架上直接老化GPF。

因此，开发一种可以精确灵活调节机油与汽油掺烧比，且能保证完全均匀混合，适用于发动机运转的机油掺烧装置具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置及方法，利用在汽油中掺烧机油的方法来加速GPF中的灰分累计，以实现缸内直喷汽油机GPF的快速老化，并可以精确灵活调节机油与汽油掺烧比例，适用于发动机运行老化工况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，包括氮气罐、可调压减压阀、机油罐、机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀、均混强化装置、汽油流量计、汽油泵和汽油罐，所述氮气罐、可调压减压阀、机油罐顺次用管路串联，在所述机油罐上设有可调压泄压阀，可调压泄压阀可调节阈值大小，当机油罐内压力超过该阈值时，可调压泄压阀自动泄压，氮气罐与可调压减压阀、可调压泄压阀组成气压通路；氮气罐内的高压氮气经过可调压减压阀后，为机油罐提供恒定的气压源，使机油罐中机油在电磁阀打开时可以向外流出；所述机油罐、机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀、均混强化装置顺次用管路串联，组成机油管路；机油滤清器可滤除机油内杂质，电磁阀可以输入模拟量的大小，控制阀的开度，进而控制机油流量的大小，单向阀可防止由于汽油压力过大造成汽油倒流至机油管路中，进而有效保护高精度却易损坏的机油流量计；所述汽油罐、汽油泵、汽油流量计顺次用管路串联，组成汽油管路，所述汽油管路的末端接入均混强化装置；打开汽油泵，汽油会由汽油罐抽吸出来，流经汽油流量计，进入均混强化装置。

进一步的，所述均混强化装置包括机油喷管、文丘里管和涡流板，所述机油喷管的一端与单向阀相连，所述文丘里管与汽油流量计相连，所述文丘里管由喉口段、平滑段和渐扩段组成，在所述机油喷管的另一端设有机油喷孔，所述机油喷孔设置在文丘里管的平滑段内，所述机油喷孔的安装方向与汽油流过的方向相反，且喷孔方向基本覆盖了整个管路，有利于充分混合；在所述涡流板上设有对称分布的涡流孔，所述涡流板设置在文丘里管的渐扩段，在所述文丘里管的渐扩段位于涡流板的后方设有出油管。机油在高压气体的压力下经过机油喷孔均匀喷注到汽油中，实现初步混合。文丘里管能在喉口处形成负压，更好地泵吸机油混合到汽油中，实现二级混合。涡流板在文丘里管渐扩段，机油汽油混合液在流经板上对称分布的涡流孔后，能进一步两两混合，实现三级混合。最后均匀掺混机油的汽油从搅拌泵的出口，进入发动机进油管参与发动机的缸内燃烧。

进一步的，所述涡流孔为相对涡流板倾斜设置的通孔。

进一步的，所述涡流板为中空结构，与四周的涡流孔相结合，通过四周的涡流孔布置，形成旋转的流动，与中间流通的部分进行再一次充分混合。

进一步的，所述机油喷孔为8个细小喷孔，对称分布在V型机油喷管的管壁上。

进一步的，所述可调压减压阀与压力表集合一体，可定量调节供给氮气压力的大小。所述的可调压泄压阀位于机油罐上表面，且与机油罐回转中心的距离为机油罐半径的一半。

进一步的，机油罐具有储油和稳压作用，在所述机油罐上表面的回转中心上设有机油加注球阀，可通过该机油加注球阀加注机油。

进一步的，在所述机油罐的外侧壁上安装有玻璃式液位计，可显示所述的机油罐内机油的液位。

进一步的，机油罐还可通过油浴加热装置控制机油罐内的温度保持在一定的范围，有效保证了较好的运动粘度。

一种上述机油掺烧装置的使用方法，其过程如下：

第一，打开机油加注球阀向机油罐加注机油，添加的机油量可以通过机油罐一侧的玻璃式液位计显示；添加完成后，关闭机油加注球阀；设置油浴加热装置，保证机油温度保持在一定的范围内。

第二，调整可调压减压阀至大于6bar的一定压力，比如8bar。

第三，通过模拟量控制电磁阀的开度，使其完全闭合。所述的电磁阀可根据输入模拟量的大小精确地实现不同的开度输出。准备工作结束。

第四，打开汽油通路中汽油泵，使其正常泵油，并能产生5-6bar的汽油压力输出，此时能在汽油流量计读取到瞬时流量值。由于单向阀的作用，可避免汽油进入到机油管路中。

第五，通过模拟量控制电磁阀的开度，使其逐渐打开；此时形成机油通路，机油罐在高压氮气的作用下会经过机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀后，以一定的流量从8个机油喷孔喷入流淌的汽油管路中，在高压气体、文丘里管、涡流板的三级混合后，最终经均混强化装置出口流进发动机进油管，参与发动机的燃烧。此时的燃料即是均匀混合好的带有小比例机油的汽油液体。

第六，逐渐增大模拟量大小来增加电磁阀开度，即可增大到某一掺烧比例下所需的机油流量。

相对于现有技术，本发明所述的机油掺烧装置具有以下优势：

(1)通过改变电磁阀开度的大小，可以实现机油和汽油混合比例的灵活调节，即可以根据发动机运行工况的不同，灵活调节机油与汽油的掺烧比例。在发动机中高负荷时，发动机燃油消耗量较大，此时可以采用如2％等较高的机油掺烧比例，实现GPF快速老化。根据此时汽油流量计的示数以及需要的掺烧比例，计算出需要的机油流量。若此时机油流量计小于需要的机油流量，增加机油管路中电磁阀的开度，使实际的机油流量达到需要的流量值。相反，当需要1％等较低掺烧比例时，相应减少电磁阀开度，即可满足需要的机油流量值。

(2)本装置使机油在温度预处理后，与汽油进行三级混合，达到均匀混合的目的。油浴加热装置对机油进行预处理，能保证机油在一定的温度范围内，具有较好的运动粘度，有利于和汽油充分混合，最后均匀掺混机油的汽油从搅拌泵的出口，进入发动机进油管参与发动机的缸内燃烧。

(3)本装置通过单向阀可防止机油倒流从而保护敏感的机油流量计。所需的机油流量不能太多，0-30mL/min即可满足要求，这种小量程的机油流量计极易损坏，单向阀的使用能较好地保护流量计不受损坏。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中均混强化装置的结构示意图。

图3为本发明中机油喷孔的放大图。

图4为本发明中涡流板的俯视图。

图5为本发明中涡流板的剖视图。

附图标记说明：

1-氮气罐；2-可调压减压阀；3-玻璃式液位计；4-油浴加热装置；5-机油加注球阀；6-可调压泄压阀；7-机油罐；8-机油滤清器；9-电磁阀；10-机油流量计；11-单向阀；12-均混强化装置；13-汽油流量计；14-汽油泵；15-汽油罐；16-出油管

12_a文丘里管；12_b机油喷管；12_c涡流板；12_d机油喷管；12_e涡流孔；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，包括氮气罐1、可调压减压阀2、机油罐7、机油滤清器8、电磁阀9、机油流量计10、单向阀11、均混强化装置12、汽油流量计13、汽油泵14和汽油罐15，所述氮气罐1、可调压减压阀2、机油罐7顺次用管路串联，在所述机油罐7上设有可调压泄压阀6，可调压泄压阀6位于机油罐7上表面，且与机油罐7回转中心的距离为机油罐7半径的一半，可调压泄压阀6可调节阈值大小，当机油罐7内压力超过该阈值时，可调压泄压阀6自动泄压。氮气罐1与可调压减压阀2、可调压泄压阀6组成气压通路。氮气罐1内的高压氮气经过可调压减压阀2后，为机油罐7提供恒定的气压源，使机油罐中机油在电磁阀打开时可以向外流出。机油罐具有储油和稳压作用，在所述机油罐7上表面的回转中心上设有机油加注球阀5，可通过该机油加注球阀5加注机油。所述可调压减压阀2与压力表集合一体，可定量调节供给氮气压力的大小。在所述机油罐7的外侧壁上安装有玻璃式液位计3，可显示所述的机油罐7内机油的液位。机油罐7还可通过油浴加热装置4控制机油罐7内的温度保持在一定的范围，有效保证了较好的运动粘度。所述机油罐7、机油滤清器8、电磁阀9、机油流量计10、单向阀11、均混强化装置12顺次用管路串联，组成机油管路；机油滤清器8可滤除机油内杂质，电磁阀9可以输入模拟量的大小，控制阀的开度，进而控制机油流量的大小，单向阀11可防止由于汽油压力过大造成汽油倒流至机油管路中，进而有效保护高精度却易损坏的机油流量计；所述汽油罐15、汽油泵14、汽油流量计13顺次用管路串联，组成汽油管路，所述汽油管路的末端接入均混强化装置12；打开汽油泵14，汽油会由汽油罐15抽吸出来，流经汽油流量计，进入均混强化装置12。

所述均混强化装置12包括标志性的机油喷管12_d、文丘里管12_a和涡流板12_c，所述机油喷管12_d的一端与单向阀11相连，所述文丘里管12_a与汽油流量计13相连，所述文丘里管12_a由喉口段、平滑段和渐扩段组成，在所述机油喷管12_d的另一端设有机油喷孔12_b，所述机油喷孔12_b为8个细小喷孔，对称分布在V型机油喷管12_d的管壁上，所述机油喷孔12_b设置在文丘里管12_a的平滑段内，所述机油喷孔12_b的安装方向与汽油流过的方向相反，且喷孔方向基本覆盖了整个管路，有利于充分混合；在所述涡流板12_c上设有对称分布的涡流孔12_e，涡流孔12_e为相对涡流板12_c倾斜设置的通孔，所述涡流板12_c为中空结构，与四周的涡流孔12_e相结合，通过四周的涡流孔布置，形成旋转的流动，与中间流通的部分进行再一次充分混合。所述涡流板12_c设置在文丘里管12_a的渐扩段，在所述文丘里管12_a的渐扩段位于涡流板12_c的后方设有出油管16。机油在高压气体的压力下经过机油喷孔均匀喷注到汽油中，实现初步混合。文丘里管12_a能在喉口处形成负压，更好地泵吸机油混合到汽油中，实现二级混合。涡流板12_c在文丘里管12_a渐扩段，机油汽油混合液在流经板上对称分布的涡流孔12_e后，能进一步两两混合，实现三级混合。最后均匀掺混机油的汽油从搅拌泵的出口，进入发动机进油管参与发动机的缸内燃烧。

由于常规的汽油通路在汽油泵14和汽油流量计13的作用之下，会有5-6bar的出油压力，这也是常规发动机进油管的所需压力。氮气罐1内压力有40bar，需要经过可调压减压阀2减少压力至10bar以下的低压，其中可调压减压阀2上装有压力表，可以显示压力大小。

该装置具体实施方式如下：

首先，打开机油加注球阀5向机油罐7加注机油，添加的机油量可以通过机油罐7一侧的玻璃式液位计3显示。添加完成后，关闭机油加注球阀5。设置油浴加热装置4，保证机油温度保持在一定的范围内。

第二，调整可调压减压阀2至大于6bar的一定压力，比如8bar。

第三，通过模拟量控制电磁阀9的开度，使其完全闭合。电磁阀9可根据输入模拟量的大小精确地实现不同的开度输出。准备工作结束。

第四，打开汽油通路中汽油泵14，使其正常泵油，并能产生5-6bar的汽油压力输出，此时能在汽油流量计13读取到瞬时流量值。由于单向阀11的作用，可避免汽油进入到机油管路中。

第五，通过模拟量控制电磁阀9的开度，使其逐渐打开。此时形成机油通路，机油罐7在高压氮气的作用下会经过机油滤清器8、电磁阀9、机油流量计10、单向阀11后，以一定的流量从8个机油喷孔喷入流淌的汽油管路中，在高压气体、文丘里管12_a、涡流板12_c的三级混合后，最终经均混强化装置12出口流进发动机进油管，参与发动机的燃烧。此时的燃料即是均匀混合好的带有小比例机油的汽油液体。

第六，逐渐增大模拟量大小来增加电磁阀9开度，即可增大到某一掺烧比例下所需的机油流量。

本发明专利下，10bar时即可实现0.2-22ml/min的机油流量，这也与电磁阀的通径有关。如果此时，电磁阀9仍未达到所需的机油流量，则可以调节可调压减压阀2，增大氮气罐1出口压力，机油流量会增大，从而实现所需的机油流量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：包括氮气罐、可调压减压阀、机油罐、机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀、均混强化装置、汽油流量计、汽油泵和汽油罐，所述氮气罐、可调压减压阀、机油罐顺次用管路串联，在所述机油罐上设有可调压泄压阀，氮气罐与可调压减压阀、可调压泄压阀组成气压通路；所述机油罐、机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀、均混强化装置顺次用管路串联，组成机油管路；所述汽油罐、汽油泵、汽油流量计顺次用管路串联，组成汽油管路，所述汽油管路的末端接入均混强化装置；所述均混强化装置包括机油喷管、文丘里管和涡流板，所述机油喷管的一端与单向阀相连，所述文丘里管与汽油流量计相连，所述文丘里管由喉口段、平滑段和渐扩段组成，在所述机油喷管的另一端设有机油喷孔，所述机油喷孔设置在文丘里管的平滑段内，所述机油喷孔的安装方向与汽油流过的方向相反，在所述涡流板上设有对称分布的涡流孔，所述涡流板设置在文丘里管的渐扩段，在所述文丘里管的渐扩段位于涡流板的后方设有出油管；

所述可调压减压阀与压力表集合一体，所述的可调压泄压阀位于机油罐上表面，且与机油罐回转中心的距离为机油罐半径的一半。

2.根据权利要求1所述的一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：所述涡流孔为相对涡流板倾斜设置的通孔。

3.根据权利要求2所述的一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：所述涡流板为中空结构，与四周的涡流孔相结合，通过四周的涡流孔布置，形成旋转的流动。

4.根据权利要求2所述的一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：所述机油喷孔为8个细小喷孔，对称分布在V型机油喷管的管壁上。

5.根据权利要求1所述的一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：在所述机油罐上表面的回转中心上设有机油加注球阀，通过该机油加注球阀加注机油。

6.根据权利要求5所述的一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：在所述机油罐的外侧壁上安装有玻璃式液位计，显示机油罐内机油的液位。

7.根据权利要求6所述的一种用于缸内直喷汽油机GPF老化的机油掺烧装置，其特征在于：所述机油罐还通过油浴加热装置控制机油罐内的温度。

8.一种用于权利要求1所述的机油掺烧装置的使用方法，其特征在于，其过程如下：

第一，打开机油加注球阀向机油罐加注机油，添加的机油量通过机油罐一侧的玻璃式液位计显示；添加完成后，关闭机油加注球阀；设置油浴加热装置，保证机油温度保持在一定的范围内；

第二，调整可调压减压阀至大于6bar的一定压力；

第三，通过模拟量控制电磁阀的开度，使其完全闭合，准备工作结束；

第四，打开汽油通路中汽油泵，使其正常泵油，并能产生5-6bar的汽油压力输出，此时能在汽油流量计读取到瞬时流量值；

第五，通过模拟量控制电磁阀的开度，使其逐渐打开；此时形成机油通路，机油罐在高压氮气的作用下会经过机油滤清器、电磁阀、机油流量计、单向阀后，以一定的流量从机油喷孔喷入流淌的汽油管路中，在高压气体、文丘里管、涡流板的三级混合后，最终经均混强化装置出口流进发动机进油管，参与发动机的燃烧；

第六，逐渐增大模拟量大小来增加电磁阀开度，即可增大到某一掺烧比例下所需的机油流量。