CN108571366A - 一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统 - Google Patents

一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统 Download PDF

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李梦迪
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Abstract

本发明涉及一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，包括柴油供应单元、氢气供应单元、压缩空气单元、协流空气单元、稀释空气单元、燃烧器单元以及后处理器单元，燃烧器单元包括燃烧器腔体、点火源、燃烧盘、空气辅助雾化喷嘴，柴油供应单元、压缩空气单元、氢气供应单元以及协流空气单元通过管路连接至燃烧盘，后处理器单元设于燃烧器单元后端，柴油和氢气进入燃烧器腔体，柴油被点燃，氢气被柴油火焰及点火源火焰协同引燃，氢气对柴油起到促燃作用，燃烧后的废气排出，通入后处理器，进行转化效率的测试。与现有技术相比，本装置不仅使燃烧产物中水蒸气含量得以独立控制，且可改善柴油的燃烧状况，提高整个系统的燃烧稳定性。

Description

一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统。
背景技术
能源与环境是全人类面临的两大挑战，如何积极地应对这两大问题成为社会关注的焦点，世界上的各个国家都制定了严格的汽车排放和燃油经济性法规来引导内燃机向小型化、低排放、无污染方向发展。柴油机因为其较好的动力性，燃油经济性、排放等优点，越来越受到汽车制造商的青睐，但柴油机的PM和NOx排放存在先天的矛盾关系，必须折中处理，使得柴油机满足日趋严厉的法规条件下发挥其节能的优势成为了行业发展中的关键技术瓶颈，特别是现有的柴油机技术水平，仅利用机前及机内措施很难大幅度降低NOx和PM排放。要满足日益严格的排放法规，必须结合柴油机后处理技术，如氧化催化器(DieselOxidation Catalyst，DOC)、颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)以及选择性催化还原器(Selective Catalytic Reduction，SCR)技术等，因此，如何有效提高后处理器的转化效率，是内燃机行业即将面临的一大技术难点。
目前测试以及开发后处理器转化效率的方法主要有：实车场地试验，发动机台架试验以及燃烧器试验，大部分文献采用的方式为前两种试验方式，均需较大的经济成本和时间成本，而燃烧器试验具有运行和维护成本低，试验较为简单可控，试验周期较短等优势，以较短时间快速简单地完成的后处理器相关的测试及开发。
由于燃烧器为低压系统，柴油燃烧不能采取压燃的形式，而点燃柴油就必须要有较好的雾化效果，因此就需要空气辅助雾化以及协流空气来使得柴油喷雾满足点燃的要求。除此之外，在排气通入后处理器前需要与稀释空气混合，以此来控制通入后处理器中最终排气的氧浓度，但是由于协流空气以及稀释空气的存在，最终排气中水蒸气的含量要远低于柴油机的正常水平(8％～12％)。目前，增加排气中水蒸气浓度的方法主要有三种：直接往燃烧器中喷水、直接往燃烧器中喷入水蒸气、在燃烧器中增加水蒸气快速制备系统(即喷氢)。直接喷水会导致燃烧器的燃烧温度降低，降低燃烧的稳定性，恶化柴油的燃烧甚至导致柴油喷雾无法被点火源点燃，直接喷入水蒸气需要增加一套燃烧加热装置，不仅提高了实验的经济成本，而且通入的水蒸气还会影响柴油燃烧的稳定性，排气中水蒸气的浓度不能很好的复现柴油机的排放水平，无法准确模拟柴油机的燃烧及排放水平。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，包括柴油供应单元、氢气供应单元、压缩空气单元、协流空气单元、稀释空气单元、燃烧器单元以及后处理器单元，其中，所述燃烧器单元包括燃烧器腔体、设于燃烧器腔体内的点火源、设于燃烧器腔体入口端的燃烧盘、设于燃烧盘上的空气辅助雾化喷嘴，所述柴油供应单元、压缩空气单元、氢气供应单元以及协流空气单元通过管路连接至所述燃烧盘，所述后处理器单元设于燃烧器单元后端，所述稀释空气单元通过管路连接至后处理器单元的入口端，工作时，柴油和氢气进入燃烧器腔体，雾化的柴油被点燃，氢气被柴油火焰及点火源协同引燃，对柴油的点燃起到促燃作用，燃烧后的废气排出，通入后处理器单元，进行排放后处理的测试。
进一步地，所述燃烧器腔体后端设置混合腔，所述混合腔后连接排气管路。
进一步地，所述柴油供应单元包括依次连接的柴油油箱、柴油滤清器、柴油低压油泵、柴油流量计和柴油喷油器，使用低压油泵和压缩空气运送柴油至空气辅助雾化喷嘴中，使用压缩空气通过较小的气孔产生较大的压力，使柴油雾化更加良好。
进一步地，所述压缩空气单元包括空气压缩机，所述压缩空气单元设有两路进气管，其中一路进气管与所述进油单元的进料管汇合成混合气管路，该混合气管路连接至空气辅助雾化喷嘴，另一路进气管通过压缩空气管路连接至空气辅助雾化喷嘴。
进一步地，所述氢气供应单元包括依次连接的氢气源、第一截止阀、减压阀、压力表质量流量计和第二截止阀，通过氢气管路连接至燃烧盘，氢气经过一系列安全设备从燃烧盘上独立的喷口进入燃烧器，在燃烧器中被点火源火焰以及柴油燃烧火源协同引燃，氢气参与燃烧不仅使燃烧产物中的水蒸气含量得以独立控制，而且氢气的燃烧可以改善柴油的燃烧状况，提高整个燃烧过程的燃烧稳定性。
进一步地，所述协流空气单元包括协流风机，并在协流空气管路上设置空气流量计和进气温度传感器。
进一步地，所述排气管路上分别设置限压阀、氧气传感器和排气温度传感器。
进一步地，所述后处理器单元包括后处理器，所述后处理器的入口端设置电加热器，在后处理器入口前安装电加热器，通过调节电加热器的功率来微调后处理器入口温度，使后处理器处于预先设定好的测试状态。
进一步地，所述稀释空气单元包括稀释风机，使用稀释风机在燃烧后提供稀释空气，稀释空气与燃烧后的废气相混合，通过控制稀释风机提供的风量来调控后处理器中的氧气浓度以及后处理器入口的大致温度，使后处理器处于预先设定好的测试状态。
本发明装置通过设置氢气供应单元，向燃烧器中喷氢，通过氢气的燃烧来复现柴油机排放水平。氢气的燃烧不仅使燃烧产物中的水蒸气含量得以独立控制，而且可以改善柴油的燃烧状况，提高整个燃烧过程的燃烧稳定性。由此，即便排气经过稀释后，通过单独控制通入燃烧器中氢气的质量，排气中水蒸气的浓度仍可复现柴油机的排放水平。
与现有装置相比，本装置能够在保证柴油良好雾化燃烧的情况下，通入一定量的氢气协同燃烧，不仅提升了整个燃烧过程的稳定性还使得燃烧器排气经过稀释后的水蒸气浓度仍能达到柴油机的排放水平，本装置更大程度的复现柴油机的排放水平，对实现后处理器转化效率的测试以及未来的开发具有重要意义。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明燃烧器单元的结构示意图；
图中：1-柴油油箱、2-柴油滤清器、3-柴油低压油泵、4-柴油流量计、5-柴油喷油器、6-氢气源、7-第一截止阀、8-减压阀、9-压力表、10-质量流量计、11-第二截止阀、12-空气压缩机、13-协流风机、14-空气流量计、15-进气温度传感器、16-空气辅助雾化喷嘴、17-燃烧盘、18-点火源、19-燃烧器腔体、20-稀释风机、21-限压阀、22-氧气传感器、23-排气温度传感器、24-后处理器、25-电加热器；26-协流空气管路；27-氢气管路；28-压缩空气管路；29-混合气管路；30-混合腔；31-排气管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，包括柴油供应单元、氢气供应单元、压缩空气单元、协流空气单元、稀释空气单元、燃烧器单元以及后处理器单元，参照图1、2，柴油供应单元包括依次连接的柴油油箱1、柴油滤清器2、柴油低压油泵3、柴油流量计4和柴油喷油器5，氢气供应单元包括依次连接的氢气源6、第一截止阀7、减压阀8、压力表9质量流量计10和第二截止阀11，通过氢气管路27连接至燃烧盘17，燃烧器单元包括燃烧器腔体19、设于燃烧器腔体19内的点火源18、设于燃烧器腔体19入口端的燃烧盘17、设于燃烧盘17上的空气辅助雾化喷嘴16，柴油供应单元、压缩空气单元以及氢气供应单元均通过管路连接至空气辅助雾化喷嘴16，压缩空气单元包括空气压缩机12，压缩空气单元设有两路进气管，其中一路进气管与进油单元的进料管汇合成混合气管路29，该混合气管路29连接至空气辅助雾化喷嘴16，另一路进气管通过压缩空气管路28连接至空气辅助雾化喷嘴16。协流空气单元通过管路连接至燃烧盘17，后处理器单元设于燃烧器单元后端，稀释空气单元包括稀释风机20，稀释空气单元通过管路连接至后处理器单元的入口端，燃烧器腔体19后端设置混合腔30，混合腔30后连接排气管路31，协流空气单元包括协流风机13，并在协流空气管路26上设置空气流量计14和进气温度传感器15。排气管路上分别设置限压阀21、氧气传感器22和排气温度传感器23。后处理器单元包括后处理器24，后处理器24的入口端设置电加热器25。
工作时，柴油和氢气分别经两路进入燃烧器。其中一路，柴油经过柴油滤清器2，在柴油低压油泵3的作用下，通过柴油喷油器5喷入管路中，由空气压缩机12提供的压缩空气带动进入空气辅助雾化喷嘴16中，同时有一部分压缩空气通入空气辅助雾化喷嘴16的另一支路，用来辅助柴油空气混合气喷入燃烧器腔体19中。在另一路中，氢气依次经过第一截止阀7、减压阀8和第二截止阀11，最后从燃烧盘17上独立的喷孔进入燃烧器。柴油与氢气进入燃烧器的同时，由协流风机13提供的协流空气也从燃烧盘17的协流空气孔中通入燃烧器。柴油喷雾被点火源18点燃，氢气被点火源18火焰以及柴油燃烧火焰协同引燃，在燃烧器后段与稀释风机20提供的稀释空气混合排出燃烧器，经过限压阀21稳定压力后，再通入待测试的后处理器24样品中，通过电加热器25微调后处理器入口温度，使后处理器处于预先设定好的测试状态，实现后处理器转化效率的测试以及未来的开发。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对该实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，包括柴油供应单元、氢气供应单元、压缩空气单元、协流空气单元、稀释空气单元、燃烧器单元以及后处理器单元，其中，
所述燃烧器单元包括燃烧器腔体(19)、设于燃烧器腔体(19)内的点火源(18)、设于燃烧器腔体(19)入口端的燃烧盘(17)、设于燃烧盘(17)上的空气辅助雾化喷嘴(16)，所述柴油供应单元、压缩空气单元、氢气供应单元以及协流空气单元通过管路连接至所述燃烧盘(17)，所述后处理器单元设于燃烧器单元后端，所述稀释空气单元通过管路连接至后处理器单元的入口端，
工作时，柴油和氢气进入燃烧器腔体，雾化的柴油被点燃，氢气被柴油火焰及点火源协同引燃，对柴油的点燃起到促燃作用，燃烧后的废气排出，通入后处理器单元，进行排放后处理的测试。
2.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述燃烧器腔体(19)后端设置混合腔(30)，所述混合腔(30)后连接排气管路(31)。
3.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述柴油供应单元包括依次连接的柴油油箱(1)、柴油滤清器(2)、柴油低压油泵(3)、柴油流量计(4)和柴油喷油器(5)。
4.根据权利要求3所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述压缩空气单元包括空气压缩机(12)，所述压缩空气单元设有两路进气管，其中一路进气管与所述进油单元的进料管汇合成混合气管路(29)，该混合气管路(29)连接至空气辅助雾化喷嘴(16)，另一路进气管通过压缩空气管路(28)连接至空气辅助雾化喷嘴(16)。
5.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述氢气供应单元包括依次连接的氢气源(6)、第一截止阀(7)、减压阀(8)、压力表(9)质量流量计(10)和第二截止阀(11)，通过氢气管路(27)连接至燃烧盘(17)上的喷孔。
6.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述协流空气单元包括协流风机(13)，并在协流空气管路(26)上设置空气流量计(14)和进气温度传感器(15)。
7.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述排气管路上分别设置限压阀(21)、氧气传感器(22)和排气温度传感器(23)。
8.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述后处理器单元包括后处理器(24)，所述后处理器(24)的入口端设置电加热器(25)。
9.根据权利要求1所述的一种用于复现柴油机排放水平的试验测试系统，其特征在于，所述稀释空气单元包括稀释风机(20)。
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