CN108318667A - 喷雾式柴油结焦试验模拟装置及柴油清净性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喷雾式柴油结焦试验模拟装置及柴油清净性检测方法。结焦模拟试验时，供油装置向喷油嘴中供油，油液从喷油嘴喷到油路模拟管中，加热结构对油路模拟管进行加热，使得油路模拟管的内腔中保持较高温度，在该温度条件下，油液在油路模拟管中结焦并附着在油路模拟管的内壁上，采用油路模拟管来供油液结焦，增大了油液结焦的面积，从而提高了结焦的效率，使得检测试验时间明显缩短，解决了现有技术中柴油清净性检测试验耗时长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷雾式柴油结焦试验模拟装置及柴油清净性检测方法。
背景技术
随着我国机动车保有量的持续增加，汽车尾气排放已成为我国空气污染的主要来源。2016年，柴油车仅占全国汽车保有量的10.2%，但其NOx排放接近汽车排放总量的70%，PM超过90%，这主要是因为高温时柴油易结焦形成沉积物，造成供油系统和喷嘴堵塞，致使柴油雾化不良、空燃比失准，最终引起尾气中的污染物比重较大。而提高柴油本身清净性或添加柴油清净剂则可以有效抑制柴油结焦、减少沉积物的生成，并使柴油供油系统和喷嘴保持在一个较清洁的工作状态，从源头上控制柴油车污染物的排放。柴油中添加清净剂在我国正逐步推广，目前北京市已强制执行在柴油出商品库的环节加入清净剂。随着机动车环保压力的增加，柴油清净性抽查抽测工作将逐步成为常态。
目前我国评价柴油清净性的标准方法是喷嘴结焦试验方法（即XUD-9法），主要是通过测量发动机XUD-9台架燃烧待测试柴油前后喷嘴针阀的空气损失量来评定柴油的清净性。该方法能较为真实的反应柴油清净性，但发动机测试时间长、费用高、油耗大，且设备体积庞大、造价高，无法满足技术监管部门对市售柴油清净性检测评价及监督管理。因此，亟需建立一套能够快速评价柴油清净性的模拟测试设备。
实际上在现有技术中出现了一些柴油清洁度检测装置，如授权公告号为CN204877758U的中国专利文献公开的一种柴油发动机喷油嘴结焦模拟试验装置，包括压力控制单元、储油罐和喷油器总成单元，喷油器单元包括加热板和安装在加热板上的喷油嘴总成，加热板用于对喷油嘴进行加热，以使从喷油嘴中经过的柴油在喷油嘴内壁上结焦，结焦试验完成后测量喷油嘴空气流量与结焦试验前测量的喷嘴流量的差值，计算出喷油嘴的堵塞率，最终得出柴油的清洁度。这种检测装置由于结焦发生在喷油嘴上，而喷油嘴尺寸很小，结焦效率很低，造成检测试验耗时长的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷雾式柴油结焦试验模拟装置，以解决现有技术中的柴油清净性检测试验耗时长的问题；同时，本发明还提供使用上述喷雾式柴油结焦试验模拟装置的柴油清净性检测方法。
为实现上述目的，本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置采用如下技术方案：
方案1：喷雾式柴油结焦试验模拟装置，包括供油装置以及与供油装置连通的喷油嘴，所述喷雾式柴油结焦试验模拟装置还包括具有进口和出口的油路模拟管，所述喷油嘴具有向所述油路模拟管的进口中喷油的喷油口，所述油路模拟管上设有加热结构。结焦模拟试验时，供油装置向喷油嘴中供油，油液从喷油嘴喷到油路模拟管中，加热结构对油路模拟管进行加热，使得油路模拟管的内腔中保持较高温度，在该温度条件下，油液在油路模拟管中结焦并附着在油路模拟管的内壁上，采用油路模拟管来供油液结焦，增大了油液结焦的面积，从而提高了结焦的效率，使得检测试验时间明显缩短，解决了现有技术中柴油清净性检测试验耗时长的问题。
方案2，在方案1的基础上进一步改进得到：所述油路模拟管包括加热管段，所述加热管段为直管结构，所述加热结构设置在所述加热管段上，减少空气阻力，便于空气流量的检测。
方案3，在方案1的基础上进一步改进得到：所述喷雾式柴油结焦试验模拟装置包括架体，所述油路模拟管转动装配在所述架体上且所述油路模拟管上传动连接有用于驱动其转动的驱动机构，油路模拟管转动使得油液在油路模拟管内壁上结焦均匀，进一步提高结焦效率。
方案4，在方案3的基础上进一步改进得到：所述驱动机构包括驱动电机以及传动结构，所述驱动电机连接有电机控制器，控制器能够控制驱动电机的转速，从而控制油路模拟管的转速，使油路模拟管在合适的转速下转动。
方案5，在方案4的基础上进一步改进得到：所述传动结构为齿轮传动结构。
方案6，在方案3的基础上进一步改进得到：所述油路模拟管与所述喷油嘴转动密封配合。
方案7，在方案1~6中任意一项的基础上进一步改进得到：所述喷油嘴上设有具有进油口和进气口的油气混合腔，所述喷油口与所述油气混合腔连通，所述供油装置包括与油气混合腔的进油口连通的泵油单元以及与所述油气混合腔的进气口连通的供气单元。
方案8，在方案7的基础上进一步改进得到：所述进油口和进气口设置在所述油气混合腔的同一端位置处，所述喷油口设置在与进口和进气口的相对的另一端，所述油气混合腔为靠近喷油口的一端为小口的缩口结构。
方案9，在方案7的基础上进一步改进得到：所述供气单元为压缩空气供气单元。
方案10，在方案7的基础上进一步改进得到：所述泵油单元包括定量泵，所述压缩空气单元包括空气压缩罐以及用于控制压缩空气罐与喷油嘴通断的电磁阀，所述喷雾式柴油结焦试验模拟装置包括用于控制所述定量泵和电磁阀的控制单元。
方案11，在方案1~6中任意一项的基础上进一步改进得到：所述油路模拟管上连接有用于对油路模拟管的内腔中的油气进行抽吸的抽吸装置。
方案12，在方案11的基础上进一步改进得到：所述抽吸装置与所述油路模拟管连通的管路中朝向油路模拟管出口的位置处设有挡板，所述挡板具有用于对油气混合物中的油滴阻挡从而便于观察的阻挡面。
方案13，在方案1~6中任意一项的基础上进一步改进得到：所述加热结构包括套设在所述油路模拟管外周上的加热套管。
本发明的柴油清净性检测方法采用如下技术方案：
方案1：柴油清净性检测方法，其特征在于：包括以下步骤，1、检测洁净的油路模拟管的空气流量；2、向上述油路模拟管中通入待测柴油并对油路模拟管加热使其结焦；3、检测结焦后的油路模拟管的空气流量；4、根据油路模拟管结焦前后的空气流量差计算待测柴油的清净性。
方案2，在方案1的基础上进一步改进得到：步骤2中柴油结焦时让油路模拟管转动。
方案3，在方案1的基础上进一步改进得到：步骤2中向模拟管通入待测柴油时同时通入压缩空气从而形成油气混合物。
方案4，在方案1的基础上进一步改进得到：步骤3中检测结焦后的油路模拟管的空气流量之前采用有机溶剂对油路模拟管进行除杂处理。
附图说明
图1为本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例1的结构示意图；
图2为图1中传动结构的示意图；
图3为图1中的喷嘴的结构示意图；
图4为图1中油路模拟管与引风机的管道配合的示意图；
图5为检测油路模拟管的流量时的示意图；
附图中：1、储油箱；2、燃油过滤器；3、阻尼泵进油管；4、阻尼泵；5、阻尼泵出油管；6、箱体；7、加油口；8、换气阀；9、压缩空气罐；10、减压阀；11、电磁阀；12、气管；13、进油口；14、喷油嘴；15、油路模拟管；16、传动结构；17、加热套管；18、挡板；19、引风机；20、进气口；21、油气混合腔；22、驱动电机；23、控制单元；24、阻尼泵控制模块；25、电磁阀控制模块；26、驱动电机控制模块；27、加热套管温控模块；28、引风机控制模块；151、空气流量计；161、安装孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的具体实施例1，如图1至图5所示，喷雾式柴油结焦试验模拟装置，包括供油装置以及与供油装置连通的、具有喷油口的喷油嘴14，喷雾式柴油结焦试验模拟装置还包括油路模拟管15，油路模拟管15上设有加热结构，喷油嘴14的喷油口设置在油路模拟管15的内腔中。这样使得从喷油嘴14喷出的油液进入到油路模拟管15中，加热结构使得油路模拟管15保持较高的温度，油液在该温度条件下在油路模拟管15的内壁上结焦。油路模拟管15内壁表面材质应优先选择镍、铁、锌、铜等对柴油结焦催化影响较大的材质。油路模拟管为直管结构，包括加热管段，加热结构设置在加热管段上。
喷雾式柴油结焦试验模拟装置包括架体，为提高油液在油路模拟管15内壁上结焦的速率，将油路模拟管转动装配在架体上，同时在油路模拟管15上连接有用于驱动其转动的驱动机构。驱动机构具体包括驱动电机22以及传动结构16，驱动电机22连接有驱动电机控制模块26。使用时驱动电机22通过传动结构16驱动油路模拟管15转动，从而使得油液在油路模拟管15的内壁上结焦均匀，驱动电机控制模块26控制油路模拟管15的转动速度，从而使油路模拟管15在较为合适的转速下运动，提高结焦效率。
在本实施例中，传动结构16具体为齿轮传动结构16，包括与驱动电机22的动力输出轴止转配合的主动齿轮以及与油路模拟管15止转配合的从动齿轮，从动齿轮的中心位置设有安装孔161，油路模拟管15插装在该安装孔161中从而与从动齿轮止转配合。为避免油路模拟管15中的油气向外泄漏，将油路模拟管15与喷油嘴14转动密封配合，这样就将油路模拟管15的该端部封闭，避免油液从喷油嘴14处向外泄漏。
供油装置具体包括泵油单元和供气单元，其中供气单元为压缩空气供气单元。采用压缩空气供气一方面提高喷油嘴14的雾化效果，另一方面，空气中的氧气有利于结焦反应，使得油液中杂质结焦率提高，提高检测准确性。
泵油单元包括定量泵和储油箱1，在本实施例中定量泵采用阻尼泵4，提高供油的精确度。阻尼泵4通过阻尼泵进油管3与储油箱1连接，阻尼泵进油管3的进油口13上设有燃油过滤器2，用于对油液进行过滤。储油箱1的箱体6上设有加油口7和换气阀8，分别用于油液的加注和泵油过程中的换气。控制单元23具有用于控制阻尼泵的阻尼泵控制模块24。
压缩空气单元包括空气压缩罐以及用于控制压缩空气罐9与喷油嘴14通断的电磁阀11，控制单元23具有用于控制电磁阀11动作的电磁阀控制模块25。通过电磁阀控制模块25和阻尼泵控制模块24实现供油和供气的自动控制，提高供油量和供气量的精度。
油路模拟管15上连接有用于对油路模拟管15的内腔中的油气进行抽吸的抽吸装置。在本实施例中抽吸装置包括引风机19，引风机19通过导风管与油路模拟管的内腔连通，工作过程中，引风机19将试验产生的废气抽吸排走，避免污染室内环境。控制单元23上设有用于控制引风机19工作的引风机控制模块28，实现引风机19的自动控制。
喷油嘴14的结构如图3所示，喷油嘴14上设有具有进油口13和进气口20的油气混合腔21，喷油口与油气混合腔21连通。进油口13和进气口20设置在油气混合腔21的同一端位置处，喷油口设置在与进口和进气口20的相对的另一端，油气混合腔21为靠近喷油口的一端为小口的缩口结构。具体地，喷油嘴14包括喷油嘴14本体，喷油嘴14本体为圆管状，其后端设有沿其径向向外延伸的进油管接头，进油管接头的内腔形成进油口13。喷油嘴本体的后端的内腔中插装有喷气接头，喷气结构的内腔形成喷油嘴的进气口20。进气口20和进油口13处于油气混合腔21的一端，油气混合腔21另一端的开口形成喷油口，油气混合腔21为靠近喷油口的部分较细的缩口结构，该缩口结构使得通过油气混合腔21中的油气能够形成文丘里效应，提高喷油口喷出的油气混合物的速度，从而提高雾化效果。
油路模拟管外侧朝向喷油嘴的喷油口的位置处设有挡板18，挡板18具体设置在油路模拟管的出口与引风机19连通的管路上，挡板朝向喷油口的侧面为用于对油气混合物中的油滴阻挡从而便于观察的阻挡面，检测试验前，通过观察挡板18上的油液情况，来控制空气流量的大小，当油气混合物中的油滴不直接喷到挡板18上时，空气流量为合适值。
加热结构包括套设在油路模拟管外周上的加热套管。控制单元23上设有用于控制加热套管的加热温度的加热套管温控模块27，实现加热套管的自动控制。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例2，在本实施例中，油路模拟管与喷油嘴相对固定，这样避免相对转动时产生油液泄露的问题，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例3，在本实施例中，采用液压马达或者气动马达来驱动油路模拟管转动，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例4，在本实施例中，传动机构采用蜗轮蜗杆或者摩擦轮结构，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例5，在本实施例中，喷油嘴插到油路模拟管内腔中不采用密封结构，此时通过引风机抽吸防止油液泄露，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例6，在本实施例中，采用氮气进行供气，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例7，在本实施例中，直接通过高压氮气来对供油管进行加压，从而将喷油嘴喷出的油气雾化，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例8，在本实施例中，油气混合腔设置为圆柱状，其他与实施例1相同，不再赘述。
本发明的喷雾式柴油结焦试验模拟装置的实施例9，在本实施例中，将加热结构设置为盘绕油路模拟管在外周上的加热线圈，其他与实施例1相同，不再赘述。
使用本发明的柴油结焦模试验模拟装置进行柴油的清净性的检测的方法的实施例包括以下步骤：
1、 取一根清洁干燥油路模拟管，一端连接空气流量计，另一端连接真空泵，并借助温度、湿度和大气压等测试仪器，测量并计算出其标准环境下的空气流量，即得到V0，精确到1ml/min以上。
2、将该油路模拟管的进气口与喷油嘴相连接，出气口与挡板、引风机相连，并利用驱动机构固定，用加热套管将油路模拟管加热至300℃的试验温度；油管接口连接，进行固定，加热到300℃的试验温度。
3、手动打开空气压缩罐上的减压阀10，利用控制单元，依次打开驱动电机、引风机、空气路电磁阀和阻尼泵，且使阻尼泵以3 ml/min左右的流速匀速地将待测柴油泵入输油管，与空气流混合经喷油嘴雾化后喷入油路模拟管，使柴油匀速通过高温油路模拟管；空气流量大小的调节以使油气混合中油滴不直接喷到挡板为好。
4、 每100 ml柴油经过30 min全部通过油路模拟管过程中，内侧管壁附近柴油被高温烘烤，氧化生成一层沉积物，随着柴油不断的冲刷更替，沉积物不断增大。
5、 取下油路模拟管放入正庚烷有机溶剂中浸泡3-5 min，溶解掉悬浮在油路模拟管内壁能够溶解的物质，并放于干燥器中干燥。
6、将附着有沉积物的干燥油路模拟管，按照步骤1进行相同测试，得到空气流量V1，精确到1ml/min以上。
7、用试验前清洁油路模拟管的空气流量V0减去试验后附着有沉积物的油路模拟管的空气流量V1，即：V=V0-V1，得到被检测柴油的空气损失量V，这个数值代表了被检测柴油的清净性能，数值越小，柴油越清洁。
Claims (10)
1.喷雾式柴油结焦试验模拟装置，包括供油装置以及与供油装置连通的喷油嘴，其特征在于：所述喷雾式柴油结焦试验模拟装置还包括具有进口和出口的油路模拟管，所述喷油嘴具有向所述油路模拟管的进口中喷油的喷油口，所述油路模拟管上设有加热结构。
2.根据权利要求1所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述油路模拟管包括加热管段，所述加热管段为直管结构，所述加热结构设置在所述加热管段上。
3.根据权利要求1所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述喷雾式柴油结焦试验模拟装置包括架体，所述油路模拟管转动装配在所述架体上且所述油路模拟管上传动连接有用于驱动其转动的驱动机构。
4.根据权利要求3所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述驱动机构包括驱动电机以及传动结构，所述驱动电机连接有电机控制器。
5.根据权利要求4所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述传动结构为齿轮传动结构。
6.根据权利要求3所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述油路模拟管与所述喷油嘴转动密封配合。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述喷油嘴上设有具有进油口和进气口的油气混合腔，所述喷油口与所述油气混合腔连通，所述供油装置包括与油气混合腔的进油口连通的泵油单元以及与所述油气混合腔的进气口连通的供气单元。
8.根据权利要求7所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述进油口和进气口设置在所述油气混合腔的同一端位置处，所述喷油口设置在与进口和进气口的相对的另一端，所述油气混合腔为靠近喷油口的一端为小口的缩口结构。
9.根据权利要求7所述的喷雾式柴油结焦试验模拟装置，其特征在于：所述供气单元为压缩空气供气单元。
10.柴油清净性检测方法，其特征在于：包括以下步骤，1、检测洁净的油路模拟管的空气流量；2、向上述油路模拟管中通入待测柴油并对油路模拟管加热使其结焦；3、检测结焦后的油路模拟管的空气流量；4、根据油路模拟管结焦前后的空气流量差计算待测柴油的清净性。
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