一種顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，實(shí)驗臺包括ECU、可變長度EGR冷卻器和EGR出氣管；EGR出氣管上設(shè)置有流量計；冷卻器進(jìn)氣管上設(shè)置有進(jìn)氣端顆粒物分析儀、進(jìn)氣溫度傳感器和進(jìn)氣壓力傳感器；冷卻器出氣管上設(shè)置有出氣端顆粒物分析儀；可變長度EGR冷卻器包括冷卻液循環(huán)管和換熱芯管，冷卻液循環(huán)管連接到冷卻液恒溫設(shè)備，冷卻液進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水溫度傳感器，換熱芯管兩端分別與冷卻器進(jìn)氣管和冷卻器出氣管連通。本實(shí)用新型能夠測試出各粒徑范圍顆粒物在換熱管中的沉積路徑，以及顆粒物沉積路徑與壓降和換熱效率的對應(yīng)關(guān)系，為冷卻器性能提高的研究工作提供了有力的方向和支持。
【專利說明】
-種顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及內(nèi)燃機(jī)廢氣再循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種顆粒物沉積路徑實(shí)驗 臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 廢氣再循環(huán)EGR技術(shù)是解決柴油機(jī)NOx和PM排放的關(guān)鍵技術(shù)之一，經(jīng)冷卻后的EGR 在NOx和PM排放W及發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性方面能夠?qū)崿F(xiàn)更好的折衷選擇。在EGR氣體經(jīng)過冷卻器 時，排氣當(dāng)中所含的SOOt會在熱泳力、擴(kuò)散、靜電力和凝結(jié)等作用下沉積到EGR冷卻器的換 熱元件表面而形成積碳，積碳的存在會導(dǎo)致EGR中冷換熱效率下降達(dá)20-30%，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā) 動機(jī)NOx和PM排放W及經(jīng)濟(jì)性變差。在SOOt所受的幾種作用力中熱泳力為主要作用力，根據(jù) 熱泳力的相關(guān)原理不同粒徑的顆粒物所受的熱泳力大小不同，因此不同粒徑的顆粒物在冷 卻器中沉積的位置和數(shù)量即顆粒物的沉積路徑是不同的，通過測試EGR冷卻器中不同粒徑 顆粒物的沉積路徑和顆粒物沉積路徑對EGR冷卻器性能的影響規(guī)律經(jīng)對提高EGR冷卻換熱 性能具有很重要的價值。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 基于上述原因本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠測試內(nèi)燃機(jī)EGR冷卻器中顆粒 物沉積路徑和EGR冷卻器性能參數(shù)的實(shí)驗臺，技術(shù)方案如下：
[0004] 一種顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，其特征在于，包括ECU、可變長度EGR冷卻器和用于連 接到發(fā)動機(jī)排氣總管的EGR進(jìn)氣管;EGR進(jìn)氣管通過冷卻器進(jìn)氣管連接到可變長度EGR冷卻 器的進(jìn)氣口，可變長度EGR冷卻器的出氣口通過冷卻器出氣管連接到EGR出氣管，EGR出氣管 上設(shè)置有流量計和EGR背壓閥;冷卻器進(jìn)氣管上設(shè)置有進(jìn)氣端顆粒物分析儀、進(jìn)氣溫度傳感 器和進(jìn)氣壓力傳感器;冷卻器出氣管上設(shè)置有出氣端顆粒物分析儀、出氣溫度傳感器和出 氣壓力傳感器;所述可變長度EGR冷卻器包括冷卻液循環(huán)管和設(shè)置在其內(nèi)部的換熱忍管，冷 卻液循環(huán)管側(cè)壁上設(shè)置有分別連接到冷卻液恒溫設(shè)備的冷卻液進(jìn)水管和冷卻液出水管，冷 卻液進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水溫度傳感器;換熱忍管兩端分別與冷卻器進(jìn)氣管和冷卻器出氣管 連通;流量計、EGR背壓閥、進(jìn)氣端顆粒物分析儀、出氣端顆粒物分析儀、進(jìn)氣溫度傳感器、出 氣溫度傳感器、進(jìn)水溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、出氣壓力傳感器和冷卻液恒溫設(shè)備都連 接到ECU。
[0005] 進(jìn)一步的，所述冷卻器進(jìn)氣管上設(shè)置有進(jìn)氣端氣體分析儀，冷卻器出氣管上設(shè)置 有出氣端氣體分析儀;進(jìn)氣端氣體分析儀和出氣端氣體分析儀都連接到ECU。
[0006] 更進(jìn)一步的，所述冷卻液循環(huán)管兩端各密封設(shè)置有換熱忍連接頭，所述換熱忍管 貫穿并固定在兩換熱忍連接頭間;兩換熱忍連接頭分別通過冷卻器蓋連接到冷卻器進(jìn)氣管 和冷卻器出氣管。
[0007] 更進(jìn)一步的，所述EGR進(jìn)氣管通過EGR進(jìn)氣管快接頭連接到冷卻器進(jìn)氣管，所述EGR 出氣管通過EGR出氣管快接頭連接到冷卻器出氣管。
[0008] 更進(jìn)一步的，所述冷卻液進(jìn)水管上還設(shè)置有冷卻液流量閥，冷卻液流量閥也連接 至化CU。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0010] 1.本實(shí)用新型能夠通過現(xiàn)慢并對比EGR7令卻器進(jìn)、出氣端顆粒物排放，現(xiàn)聯(lián)出顆粒 物在換熱管中的沉積粒徑和尺寸分布，即顆粒物的沉積路徑，為冷卻器性能提高的研究工 作提供了有力的方向和支持；
[0011] 2.本實(shí)用新型可通過流量計和背壓閥控制EGR廢氣的氣體流量，可通過冷卻液流 量閥控制冷卻液的流量；
[0012] 3.本實(shí)用新型可變長度EGR冷卻器采用可拆卸式換熱忍管，可W無損更換換熱忍 管的長度，研究換熱忍管長度對顆粒物的沉積路徑、換熱效率、壓降的影響規(guī)律。
【附圖說明】

[0013] 圖1為本實(shí)用新型顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本實(shí)用新型顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺中可變長度EGR冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為本實(shí)用新型顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺控制系統(tǒng)連接示意圖。
[0016] 圖中：1-發(fā)動機(jī)排氣總管；2-EGR進(jìn)氣管;3-進(jìn)氣端氣體取樣管;4-進(jìn)氣端氣體分析 儀;5-可變長度EGR冷卻器;6-出氣端氣體分析儀;7-出氣端氣體取樣管;8-EGR出氣管;9-流 量計；IO-EGR背壓閥；Il-EGR出氣管快接頭；12-出氣溫度傳感器；13-出氣壓力傳感器；14- 出氣端顆粒物取樣管；15-出氣端顆粒物分析儀；16-進(jìn)水溫度傳感器；17-冷卻液流量閥； 18-冷卻液進(jìn)水管；19-冷卻液恒溫設(shè)備;20-冷卻液出水管;21-冷卻液累;22-出水溫度傳感 器;23-進(jìn)氣端顆粒物分析儀;24-進(jìn)氣端顆粒物取樣管;25-進(jìn)氣溫度傳感器;26-進(jìn)氣壓力 傳感器;27-EGR進(jìn)氣管快接頭；51-冷卻器進(jìn)氣管;52-冷卻器出氣管；53-冷卻器蓋;54-熱忍 連接頭;55-換熱忍管;56-冷卻液循環(huán)管。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0018] 如圖1所示，一種顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，包括ECU、可變長度EGR冷卻器5和用于連 接到發(fā)動機(jī)排氣總管1的EGR進(jìn)氣管2;EGR進(jìn)氣管2通過冷卻器進(jìn)氣管51連接到可變長度EGR 冷卻器5的進(jìn)氣口，可變長度EGR冷卻器5的出氣口通過冷卻器出氣管52連接到EGR出氣管8， EGR出氣管8上設(shè)置有流量計9和EGR背壓閥10;冷卻器進(jìn)氣管51上設(shè)置有進(jìn)氣端氣體分析儀 4、進(jìn)氣端顆粒物分析儀23、進(jìn)氣溫度傳感器25和進(jìn)氣壓力傳感器26;冷卻器出氣管52上設(shè) 置有出氣端氣體分析儀、出氣端顆粒物分析儀15、出氣溫度傳感器12和出氣壓力傳感器13。
[0019] 如圖2所示，可變長度EGR冷卻器5包括冷卻液循環(huán)管56和設(shè)置在其內(nèi)部的換熱忍 管55,冷卻液循環(huán)管56側(cè)壁上設(shè)置有分別連接到冷卻液恒溫設(shè)備19的冷卻液進(jìn)水管18和冷 卻液出水管20,冷卻液進(jìn)水管18上設(shè)置有進(jìn)水溫度傳感器16;換熱忍管55兩端分別與冷卻 器進(jìn)氣管51和冷卻器出氣管52連通。所述冷卻液循環(huán)管56兩端各密封設(shè)置有換熱忍連接頭 54,所述換熱忍管55貫穿并固定在兩換熱忍連接頭54間；兩換熱忍連接頭54分別通過冷卻 器蓋53連接到冷卻器進(jìn)氣管51和冷卻器出氣管52。該EGR冷卻器采用可拆卸式換熱忍管55， 可W無損更換換熱忍管55的長度，研究換熱忍管長度對顆粒物的沉積路徑、換熱效率、壓降 的影響規(guī)律。
[0020]如圖3所示，流量計9、EGR背壓閥10、出氣端氣體分析儀4、出氣端氣體分析儀6、進(jìn) 氣端顆粒物分析儀23、出氣端顆粒物分析儀15、進(jìn)氣溫度傳感器25、出氣溫度傳感器12、進(jìn) 水溫度傳感器16、進(jìn)氣壓力傳感器26、出氣壓力傳感器13和冷卻液恒溫設(shè)備19都連接到 ECU。
[0021 ]本實(shí)施例的冷卻液進(jìn)水管18上還設(shè)置有冷卻液流量閥17，冷卻液流量閥17也連接 至化CU，通過ECE控制冷卻液進(jìn)入EGR冷卻器的流量。
[0022] 本實(shí)施例的EGR進(jìn)氣管2通過EGR進(jìn)氣管快接頭27連接到冷卻器進(jìn)氣管51，EGR出氣 管8通過EGR出氣管快接頭11連接到冷卻器出氣管52。該結(jié)構(gòu)使實(shí)驗臺安裝和拆卸快捷方 便。
[0023] 進(jìn)水溫度傳感器16的溫度信號直接發(fā)送給ECU, ECU通過比較進(jìn)水溫度傳感器16的 溫度值與目標(biāo)值，控制冷卻液恒溫設(shè)備19,使進(jìn)入可變長度EGR冷卻器5的冷卻液溫度恒定。
[0024] 流量計9采集再循環(huán)氣體流量并將信號傳給所述ECU與預(yù)設(shè)值比較，進(jìn)而將控制信 號傳給EGR背壓閥10控制其開度，從而保持流量恒定。
[0025] 根據(jù)實(shí)驗需要選擇合適的所述換熱忍管并安裝好后，實(shí)驗臺連續(xù)運(yùn)行一段時間， 通過對比中冷器前后的顆粒物粒徑，即可知道哪些粒徑的顆粒物減少了，減少了的即是沉 積在中冷器中的，W此便可判斷沉積在中冷器中的顆粒物粒徑，然后相應(yīng)的改變換熱忍管 的長度，重復(fù)實(shí)驗，當(dāng)某一粒徑范圍的顆粒物減少率超過90%時，即認(rèn)為該粒徑范圍的顆粒 物已全部沉積，此時的換熱忍管的長度就是在當(dāng)前的EGR氣體流量(流速）、冷卻液溫度、EGR 氣體進(jìn)口溫度、換熱管管徑的情況下該粒徑范圍的顆粒物的沉積路徑，也即顆粒物在換熱 忍管軸向沉積所需的最短距離，在此距離內(nèi)，該粒徑范圍的顆粒物能完全沉積在換熱管中。 然后改變工況，重復(fù)上述步驟。W此方式找出換熱管在不同EGR氣體流量(流速）、冷卻液溫 度、EGR氣體進(jìn)口溫度、換熱管管徑的工況下的顆粒物沉積路徑。
[0026]
[0027] 具體實(shí)驗方法如下：
[0028] 通過流量計采集EGR氣體的流量；
[0029] 通過進(jìn)水溫度傳感器采集冷卻液進(jìn)入可變長度EGR冷卻器前的溫度T。。。地；
[0030] 通過進(jìn)氣溫度傳感器采集EGR廢氣進(jìn)入可變長度EGR冷卻器前的溫度TECRiS;
[0031] 分別通過進(jìn)氣端顆粒物分析儀和出氣端顆粒物分析儀采集EGR廢氣進(jìn)入可變長度 EGR冷卻器前和排出可變長度EGR冷卻器后的各粒徑范圍顆粒物的數(shù)量；
[0032] 分別計算各粒徑范圍顆粒物的減少率；
[0033] 記錄某粒徑范圍顆粒物減少率超過90%時對應(yīng)的換熱管的長度；
[0034] 該長度則為該粒徑范圍顆粒物在當(dāng)前EGR氣體流量、當(dāng)前冷卻液注入溫度、當(dāng)前 EGR進(jìn)氣口溫度下的沉積路徑。
[0035] 進(jìn)一步的實(shí)驗步驟為，通過改變冷卻液的溫度來改變冷卻器的換熱率，進(jìn)而分析 出顆粒物沉積路徑對EGR冷卻器換熱效率的影響規(guī)律。具體為：
[0036] 通過出氣溫度傳感器采集EGR廢氣排出可變長度EGR冷卻器后的溫度Tecr出；
[0037] 計算單位長度換熱管的換熱效率II，并將信號傳給所述顯示器，使單位長度換熱忍 管換熱效率可W實(shí)時顯示。
[00；3 引
[0039] 其中，L為換熱忍管的長度，n為換熱忍管的根數(shù)。
[0040] 根據(jù)前述實(shí)驗步驟取得各粒徑范圍顆粒物相應(yīng)的沉積路徑，然后記錄單位長度換 熱管的換熱效率與各粒徑范圍顆粒物的沉積路徑的對應(yīng)關(guān)系，通過對比分析顆粒物沉積路 徑和單位長度換熱忍管換熱效率的變化就可W找出顆粒物沉積路徑對EGR冷卻器換熱效率 的影響規(guī)律。
[0041] 進(jìn)一步的實(shí)驗步驟為，通過改變EGR廢氣進(jìn)入冷卻器的壓力來改變單位長度換熱 忍管壓降，進(jìn)而分析出顆粒物沉積路徑對EGR冷卻器單位長度換熱忍管壓降的影響規(guī)律。具 體為：
[0042] 分別通過進(jìn)氣壓力傳感器、出氣壓力傳感器采集EGR廢氣進(jìn)入可變長度EGR冷卻器 前的壓力P進(jìn)和EGR廢氣排出可變長度EGR冷卻器后的壓力P出；
[0043] 計算單位長度換熱忍管的壓降A(chǔ) P，并將信號傳給所述顯示器，使單位長度換熱忍 管壓降可W實(shí)時顯示。
[0044]
[0045] 根據(jù)前述實(shí)驗步驟取得各粒徑范圍顆粒物相應(yīng)的沉積路徑，然后記錄單位長度換 熱管的壓降與各粒徑范圍顆粒物的沉積路徑與的對應(yīng)關(guān)系，通過對比分析顆粒物沉積路徑 和單位長度換熱忍管壓降的變化就可W找出顆粒物沉積路徑對EGR冷卻器單位長度換熱忍 管壓降的影響規(guī)律。
[0046] 進(jìn)一步的實(shí)驗步驟為，分別通過進(jìn)氣端氣體分析儀和出氣端氣體分析儀采集EGR 廢氣進(jìn)入可變長度EGR冷卻器前和排出可變長度EGR冷卻器后的總碳氨的含量，并將信號傳 給所述顯示器，計算總碳氨含量的減少量。然后記錄總碳氨含量的減少量與各粒徑范圍顆 粒物的沉積路徑與的對應(yīng)關(guān)系，通過對比分析顆粒物沉積路徑和總碳氨含量的減少量的變 化就可W找出顆粒物沉積路徑對總碳氨含量的減少量的影響規(guī)律。
[0047] 總之，當(dāng)某粒徑范圍顆粒物完全沉積時對應(yīng)的壓降、換熱效率，即為尺寸顆粒物當(dāng) 前沉積路徑時的換熱效率和壓降，通過對比不同沉積路徑對應(yīng)的換熱效率和壓降就可W分 析、總結(jié)出顆粒物沉積路徑與壓降和換熱效率的對應(yīng)關(guān)系，即規(guī)律。
【主權(quán)項】
1. 一種顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，其特征在于，包括ECU、可變長度EGR冷卻器（5)和用于 連接到發(fā)動機(jī)排氣總管（1)的EGR進(jìn)氣管（2) ;EGR進(jìn)氣管（2)通過冷卻器進(jìn)氣管（51)連接到 可變長度EGR冷卻器(5)的進(jìn)氣口，可變長度EGR冷卻器(5)的出氣口通過冷卻器出氣管(52) 連接到EGR出氣管(8)，EGR出氣管(8)上設(shè)置有流量計(9)和EGR背壓閥（10);冷卻器進(jìn)氣管 (51)上設(shè)置有進(jìn)氣端顆粒物分析儀(23)、進(jìn)氣溫度傳感器(25)和進(jìn)氣壓力傳感器(26);冷 卻器出氣管(52)上設(shè)置有出氣端顆粒物分析儀（15)、出氣溫度傳感器（12)和出氣壓力傳感 器（13);所述可變長度EGR冷卻器（5)包括冷卻液循環(huán)管（56)和設(shè)置在其內(nèi)部的換熱芯管 (55)，冷卻液循環(huán)管（56)側(cè)壁上設(shè)置有分別連接到冷卻液恒溫設(shè)備（19)的冷卻液進(jìn)水管 (18)和冷卻液出水管（20)，冷卻液進(jìn)水管（18)上設(shè)置有進(jìn)水溫度傳感器（16);換熱芯管 (55)兩端分別與冷卻器進(jìn)氣管(51)和冷卻器出氣管(52)連通;流量計(9)、EGR背壓閥（10)、 進(jìn)氣端顆粒物分析儀(23)、出氣端顆粒物分析儀(15)、進(jìn)氣溫度傳感器(25)、出氣溫度傳感 器（12)、進(jìn)水溫度傳感器（16)、進(jìn)氣壓力傳感器(26)、出氣壓力傳感器（13)和冷卻液恒溫設(shè) 備（19)都連接到EOT。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，其特征在于，所述冷卻器進(jìn)氣管(51) 上設(shè)置有進(jìn)氣端氣體分析儀(4)，冷卻器出氣管(52)上設(shè)置有出氣端氣體分析儀(6);進(jìn)氣 端氣體分析儀(4)和出氣端氣體分析儀(6)都連接到ECU。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，其特征在于，所述冷卻液循環(huán)管(56) 兩端各密封設(shè)置有換熱芯連接頭（54)，所述換熱芯管（55)貫穿并固定在兩換熱芯連接頭 (54)間；兩換熱芯連接頭(54)分別通過冷卻器蓋(53)連接到冷卻器進(jìn)氣管(51)和冷卻器出 氣管(52)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，其特征在于，所述EGR進(jìn)氣管(2)通過 EGR進(jìn)氣管快接頭(27)連接到冷卻器進(jìn)氣管(51)，所述EGR出氣管(8)通過EGR出氣管快接頭 (11)連接到冷卻器出氣管(52)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒物沉積路徑實(shí)驗臺，其特征在于，所述冷卻液進(jìn)水管（18) 上還設(shè)置有冷卻液流量閥（17)，冷卻液流量閥（17)也連接到EOT。
【文檔編號】G01N15/04GK205719873SQ201620622451
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】張洵, 劉智, 李鑫, 田維
【申請人】西華大學(xué)