CN207923455U - 用于柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验的设备，该设备包括金属浴和金属毛细管，金属毛细管从金属浴穿过；空气流量测量组件，空气流量测量组件包括空气流量计、抽气泵、第一测量电磁阀和第二测量电磁阀；柴油通入组件，柴油通入组件包括惰性气体通入口、盛样瓶和三通电磁阀，三通电磁阀分别与金属毛细管一端、惰性气体通入口和盛样瓶连接，惰性气体通入口还通过管道与盛样瓶连接；收集组件，收集组件包括与金属毛细管另一端连接的冷却器和油气分离器，以及与油气分离器连接的排气电磁阀和空气过滤器。本实用新型的试验设备与柴油发动机喷嘴工作原理相似，适用于国标Ⅴ以上级别柴油。

Description

用于柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验的设备

技术领域

本实用新型属于石化产品性能检测的技术领域，特别是一种柴油清净性的模拟检测的设备。

背景技术

随着我国机动车的数量增加，机动车尾气排放造成的雾霾越来越引起了人们的关注，尤其是柴油车在保养不善的情况下容易在喷嘴内生成积炭，造成发动机喷嘴堵塞，使柴油雾化不好、油耗上升、动力下降、颗粒物排放增加和冒黑烟。为了解决这个问题，国内外普遍采用的方法是在柴油中添加柴油清净剂，使喷嘴少生成积炭或不生成积炭，减少柴油汽车给环境带来的污染。现有评价柴油清净剂的方法是：采用欧洲发动机台架试验设备和方法(XUD-9发动机台架)，该方法通过测试柴油喷嘴的清洁度来评定柴油清净剂的清净效果，国内只有中国石油、中国石化和环保部所属3个科研单位有此台架，由于发动机台架检测时间长，试验费用高，台架试验设备需要专用厂房、很多的辅助设备和专业技术人员操控，无法普及使用，只能做柴油清净剂产品进入市场的准入检测。从目前的形势看，政府监管部门和产品生产者都需要一种柴油清净剂的快速简易评价方法，理想的方法是能够检测市售柴油的清净性，直接管控加油站柴油清净性指标。

在本实用新型之前，张德民，李荣，张佳在2005年发明了一种“柴油清净性检测方法及其设备”，该发明的专利号为ZL200510096122.6，并且设备也投入批量生产，一些柴油清净剂研发和生产部门一直用它检测柴油清净剂的清净性。但2013年国家实行国Ⅲ和国Ⅳ柴油标准后，市场销售的50％柴油使用该方法和设备检测出现了添加清净剂后柴油沉积物不减反增的现象，这与XUD-9发动机台架试验结果是相反的。国V柴油出现这种现象的几率更高。究其原因，2013年以前，国内车用柴油执行的是国Ⅱ标准，十六烷值的指标是45，当年7月1日之后开始执行国Ⅲ标准，十六烷值指标提高到49，指标有了较大的上升，部分炼油厂的工艺和柴油组分达不到十六烷值的要求，因此开始给柴油添加十六烷值改进剂，2015年国家执行国Ⅴ柴油标准，十六烷值提升到51，基本上各个炼油厂生产的车用柴油都添加了十六烷值改进剂。该发明工作原理是“斜板”成焦方式，试验过程中试验柴油沿着被加热的斜板向下流动，完全敞露在空气中，十六烷值改进剂属于强氧化剂，与空气和热板接触后会产生成倍的沉积物，这种现象可以通过以下试验得到验证：选择2013年国Ⅱ的柴油在原发明的设备上试验，添加十六烷值改进剂(硝酸戊酯)和未添加十六烷值改进剂的柴油生成沉积物的成焦率(％)对比如下表1所示。

表1 采用ZL200510096122.6方法和设备的试验结果

从表1可以看出，添加2％十六烷值改进剂后，空白柴油沉积物增长了3.8倍，含有清净剂的柴油沉积物增长了6.6倍，因此会出现含有清净剂的柴油沉积物不减反增的现象。上述试验证明了原发明的方法和设备已经不能适用于评价含有十六烷值改进剂的柴油。因此需要研制新的模拟方法和设备来适应含有十六烷值改进剂的柴油，完成国标Ⅴ以上级别柴油的清净性模拟评价工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种与柴油发动机喷嘴工作原理相似的、适用于国标Ⅴ以上级别柴油的模拟试验的设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种用于柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验的设备，该设备包括：金属浴和金属毛细管，金属毛细管从金属浴穿过；空气流量测量组件，空气流量测量组件包括空气流量计、抽气泵、第一测量电磁阀和第二测量电磁阀，第一测量电磁阀和第二测量电磁阀分别连接在金属毛细管的两端，空气流量计与第一测量电磁阀连接，抽气泵与第二测量电磁阀连接；柴油通入组件，柴油通入组件包括惰性气体通入口、盛样瓶和三通电磁阀，三通电磁阀分别与金属毛细管一端、惰性气体通入口和盛样瓶连接，惰性气体通入口还通过管道与盛样瓶连接；收集组件，收集组件包括与金属毛细管另一端连接的冷却器和油气分离器，以及与油气分离器连接的排气电磁阀和空气过滤器。

进一步的技术方案是，设备还包括：快拧接头，快拧接头连接并密封金属毛细管的两端；控制装置，控制装置控制金属浴的温度。

进一步的技术方案是，金属毛细管全长200mm，前2/3段是内孔，后1/3段孔径缩小一半，形成隘口；金属毛细管通过打孔、嵌入、挤压的方式形成。

进一步的技术方案是，空气流量计读数精度在四位数字以上。

进一步的技术方案是，空气过滤器为活性炭过滤器。

进一步的技术方案是，金属浴由多个子金属浴串联而成；每个子金属浴之间留有间隙，并有各自独立的加热器，由控制装置分别控制温度；多个子金属浴的温度从金属毛细管入口向出口处依次递增，在金属毛细管上形成温度梯度。

进一步的技术方案是，冷却器采用水冷、风冷或通过快速热传导性质的材料传热冷却的方式进行冷却。

进一步的技术方案是，惰性气体通入口与氮气提供装置连接。

进一步的技术方案是，盛样瓶中放置添加有双环戊二烯的柴油。

本实用新型的设备可以实现柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验方法，包括以下步骤：

(1)备好金属毛细管和金属浴，金属毛细管穿过金属浴；

(2)将金属浴的温度设置为40℃至60℃，保持恒温，以恒定抽气压力向金属毛细管抽气，测量金属毛细管内的空气流量，得到试验前流量值；

(3)将金属浴加热到试验温度并保持恒温；

(4)在惰性气体的推动下，以一定的频率间歇地将微量的柴油注入金属毛细管中；金属毛细管内的柴油油膜在试验温度下，生成沉积物；

(5)试验结束后，将金属浴降温至与步骤(2)相同的温度，以与步骤(2)相同的抽气压力向金属毛细管抽气，测量金属毛细管内的空气流量，得到试验后流量值；

(6)将试验前流量值减去试验后流量值，所得差值再除以试验前流量值，得到柴油在金属毛细管的堵塞率。堵塞率可以百分率的形式表示。

进一步的技术方案是，在步骤(3)中，试验温度呈温度梯度设置；最高温度设置在隘口处，最高温度为300℃至330℃。

进一步的技术方案是，在步骤(4)中，频率为每分钟一次，每次注入量为0.13mL至0.2mL，总注入时间为1.5h至2h。

进一步的技术方案是，在步骤(2)中，温度为50℃；抽气压力由抽气泵提供，抽气压力为-10kPa至-15kPa。抽气压力优选为-11kPa。

本实用新型能够取得以下有益效果：

本实用新型的提供的柴油喷嘴堵塞模拟试验的设备，与XUD-9台架试验取得较好的相关性。由于柴油在实验设备中，全程由氮气等惰性气体载带，不接触空气，不产生氧化，与发动机喷嘴内的工作环境相同，所以能够适用于评价含有十六烷值改进剂的柴油清净性，并且试验重复性高。考虑到模拟试验的快速性，可以在模拟试验的柴油样品中加入双环戊二烯作为生焦剂，使试验时间缩短了五倍。

本实用新型使用变径的金属毛细管，更好地模拟发动机喷嘴内腔与喷口的形状，提高了与发动机台架试验结果正相关性。在密闭的系统中由氮气载带柴油进入这个变径的金属毛细管中，该管在具有温度梯度控制的金属浴中被加热。柴油在金属毛细管变径处形成沉积物，沉积物改变了毛细管变径处的隘口通径，使得试验后测量毛细管的空气流量产生损失。

附图说明

图1为柴油机喷嘴堵塞模拟试验设备的结构示意图。

图中：1-金属浴；2-金属毛细管；3-盛样瓶；4-三通电磁阀；5-快拧接头；6-控制装置；7-惰性气体入口；8-第一测量电磁阀；9-第二测量电磁阀；10-抽气泵；11-空气流量计；12-废液瓶；13-排气电磁阀；14-活性炭过滤器；15-冷却器。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施方式对本实用新型的柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验的设备进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验设备的实施例中，金属毛细管2从金属浴1中穿过，金属毛细管2两端分别为金属毛细管2的入口和出口，入口和出口均由快拧接头5连接、密封，金属浴1的温度由控制装置6控制。

在本实施例中，金属毛细管2全长200mm，前2/3段是孔径为1mm左右的内孔，在后1/3段孔径缩小一半形成隘口，内孔在入口处孔径较大，出口处孔径较小，有明显的隘口，可以通过钻孔、嵌入、挤压的方式形成。

金属浴1是由若干块子金属浴串联而成，每个子金属浴之间留有间隙，并有各自独立的加热器，他们由控制装置6的控温器分别控制温度，子金属浴所控温度从金属毛细管2入口向出口依次递增，在金属毛细管2上形成温度梯度。

在本实施例中，金属毛细管2的空气流量测量是由分别连接在金属毛细管2两端的第一测量电磁阀8、第二测量电磁阀9来控制的，第一测量电磁阀8连接抽气泵10，第二测量电磁阀9连接空气流量计11。

在本实施例中，金属浴1和全部电磁阀都与控制装置6相连，控制装置6分别对金属浴1的温度和各个电磁阀通断进行控制。

进行试验时，盛样瓶3中的柴油由氮气通过惰性气体入口7经三通电磁阀4注入金属毛细管2，并由氮气通过惰性气体入口7将氮气推送出金属毛细管2，氮气作为载气也可以使用其他保护气体替代。

经高温金属毛细管2排出的柴油试样，呈高温油气混合状，经冷却器15降温冷却后，液体部分留在废液瓶12，气体部分经排气电磁阀13和活性炭过滤器14净化后排空。冷却器可以采用水冷、风冷或通过快速热传导性质的材料自然冷却的方式进行冷却。

在试验前和试验后，测量金属毛细管2的流量，此时需要关闭排气电磁阀13、三通电磁阀4，打开第一测量电磁阀8和第二测量电磁阀9，启动抽气泵10，恒定抽气压力，空气经空气流量计11流经金属毛细管2，通过空气流量计11，读出金属毛细管2的流量值。空气流量计11读数精度须有四位以上数字显示。抽气泵10可以采用真空泵或其他类型抽气泵。

利用本实施例的设备进行柴油堵塞率试验测试，具体步骤包括：

1、打开设备电源开关，金属浴1自动恒温到50℃。

2、取金属毛细管2，将孔径大的一端作为入口，孔径小的一端作为出口，分别与金属浴1的入口和出口配合；金属毛细管2两端使用快拧接头5连接、密封。

3、在盛样瓶3中加入1：2比例的二甲苯和正庚烷混合液体30mL，将瓶盖拧紧，摇晃盛样瓶3，对瓶内壁进行清洗，开启洗涤功能开关，氮气将盛样瓶3中的混合液体经管路和金属毛细管2排入废液瓶12中，并持续5分钟吹氮气使金属毛细管2内腔干燥。

4、开启流量测量开关，抽气泵10对测量系统抽气，调整抽气压力至-11kPa，记录空气流量计显示的流量值，即试验前流量值。

5、量取20mL柴油(或含有清净剂的柴油)倒入盛样瓶3，加入1mL双环戊二烯，拧上瓶盖摇晃均匀。

6、按下启动开关，金属浴1开始升温，直到金属毛细管2隘口处温度达到300℃至330℃，保持恒温。同时在氮气的压力下，盛样瓶3内的柴油在三通电磁阀4的控制下，向金属毛细管2以每分钟1次的频率注入微量的柴油，每次注入的量为0.13mL至0.2mL，并且由氮气载带通过金属毛细管2，金属毛细管2内的柴油油膜在高温作用下，生成沉积物。重复这个步骤1.5h至2h，并由计时器控制结束，设备自动进入降温阶段。

7、当温度降到50℃并恒温时，重复以上步骤4，测量出试验后流量值。

8、计算堵塞率：用试验前流量值减去试验后流量值，所得差值再除以试验前的流量值，得到的数再乘以100％，即可得到金属毛细管的堵塞率；按以下式1进行计算：

D％＝(f₁–f₂)/f₁*100％ (式1)

式中：f₁是试验前流量值，单位为mL；

f₂是试验后流量值，单位为mL；

D是堵塞率，单位为％。

通过柴油堵塞率试验方法测试的堵塞率(D)，堵塞率越小，柴油样品清净性越好。

上述试验方法满足同一操作者，在同一实验室使用同一台设备，重复测两个结果与算术平均值差数≤±10％的精密度。

采用表1中使用的柴油样品，用本实用新型的柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验设备和试验方法进行试验，测得的堵塞率(％)结果见表2。

表2 采用本实用新型设备的试验结果

从表2的测试结果得知：不加十六烷值改进剂柴油和添加2％十六烷值改进剂柴油在加入清净剂后，堵塞率都出现明显的减少，与发动机台架试验结果正相关。可见，本实用新型解决了现有技术存在的问题。

最后需要强调的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于柴油发动机喷嘴堵塞模拟试验的设备，其特征在于所述设备包括：

金属浴和金属毛细管，所述金属毛细管从所述金属浴穿过；

空气流量测量组件，所述空气流量测量组件包括空气流量计、抽气泵、第一测量电磁阀和第二测量电磁阀，所述第一测量电磁阀和所述第二测量电磁阀分别连接在金属毛细管的两端，所述空气流量计与所述第一测量电磁阀连接，所述抽气泵与所述第二测量电磁阀连接；

柴油通入组件，所述柴油通入组件包括惰性气体通入口、盛样瓶和三通电磁阀，所述三通电磁阀分别与所述金属毛细管入口、所述惰性气体通入口和所述盛样瓶连接，所述惰性气体通入口还通过管道与所述盛样瓶连接；

收集组件，所述收集组件包括与所述金属毛细管出口连接的冷却器和油气分离器，以及与所述油气分离器连接的排气电磁阀和空气过滤器。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备还包括：

快拧接头，所述快拧接头连接并密封所述金属毛细管的两端；

控制装置，所述控制装置控制所述金属浴的温度。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：

所述金属毛细管全长200mm，前2/3段是内孔，后1/3段孔径缩小一半，形成隘口；所述金属毛细管通过打孔、嵌入、挤压的方式形成；

所述空气流量计读数精度在四位数字以上；

所述过滤器为活性炭过滤器。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：

所述金属浴由多个子金属浴串联而成；每个子金属浴之间留有间隙，并有各自独立的加热器，由控制装置分别控制温度；多个子金属浴的温度从所述金属毛细管入口向出口处依次递增，在所述金属毛细管上形成温度梯度。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：

所述冷却器采用水冷、风冷或通过快速热传导性质的材料传热冷却的方式进行冷却。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：

所述惰性气体通入口与氮气提供装置连接；

所述盛样瓶中放置柴油。