一種顆粒物沉積路徑實驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種顆粒物沉積路徑實驗臺，實驗臺包括ECU、可變長度EGR冷卻器和EGR出氣管；EGR出氣管上設置有流量計；冷卻器進氣管上設置有進氣端顆粒物分析儀、進氣溫度傳感器和進氣壓力傳感器；冷卻器出氣管上設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管和換熱芯管，冷卻液循環管連接到冷卻液恒溫設備，冷卻液進水管上設置有進水溫度傳感器，換熱芯管兩端分別與冷卻器進氣管和冷卻器出氣管連通。本實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關系，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驗臺
技術領域
[0001] 本實用新型設及內燃機廢氣再循環技術領域，具體為一種顆粒物沉積路徑實驗 臺。
【背景技術】
[0002] 廢氣再循環EGR技術是解決柴油機NOx和PM排放的關鍵技術之一，經冷卻后的EGR 在NOx和PM排放W及發動機經濟性方面能夠實現更好的折衷選擇。在EGR氣體經過冷卻器 時，排氣當中所含的SOOt會在熱泳力、擴散、靜電力和凝結等作用下沉積到EGR冷卻器的換 熱元件表面而形成積碳，積碳的存在會導致EGR中冷換熱效率下降達20-30%，進而導致發 動機NOx和PM排放W及經濟性變差。在SOOt所受的幾種作用力中熱泳力為主要作用力，根據 熱泳力的相關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律經對提高EGR冷卻換熱 性能具有很重要的價值。 【實用新型內容】
[0003] 基于上述原因本實用新型的目的在于提供一種能夠測試內燃機EGR冷卻器中顆粒 物沉積路徑和EGR冷卻器性能參數的實驗臺，技術方案如下：
[0004] 一種顆粒物沉積路徑實驗臺，其特征在于，包括ECU、可變長度EGR冷卻器和用于連 接到發動機排氣總管的EGR進氣管;EGR進氣管通過冷卻器進氣管連接到可變長度EGR冷卻 器的進氣口，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 上設置有流量計和EGR背壓閥;冷卻器進氣管上設置有進氣端顆粒物分析儀、進氣溫度傳感 器和進氣壓力傳感器;冷卻器出氣管上設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管和設置在其內部的換熱忍管，冷 卻液循環管側壁上設置有分別連接到冷卻液恒溫設備的冷卻液進水管和冷卻液出水管，冷 卻液進水管上設置有進水溫度傳感器;換熱忍管兩端分別與冷卻器進氣管和冷卻器出氣管 連通;流量計、EGR背壓閥、進氣端顆粒物分析儀、出氣端顆粒物分析儀、進氣溫度傳感器、出 氣溫度傳感器、進水溫度傳感器、進氣壓力傳感器、出氣壓力傳感器和冷卻液恒溫設備都連 接到ECU。
[0005] 進一步的，所述冷卻器進氣管上設置有進氣端氣體分析儀，冷卻器出氣管上設置 有出氣端氣體分析儀;進氣端氣體分析儀和出氣端氣體分析儀都連接到ECU。
[0006] 更進一步的，所述冷卻液循環管兩端各密封設置有換熱忍連接頭，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氣管 和冷卻器出氣管。
[0007] 更進一步的，所述EGR進氣管通過EGR進氣管快接頭連接到冷卻器進氣管，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] 更進一步的，所述冷卻液進水管上還設置有冷卻液流量閥，冷卻液流量閥也連接 至化CU。
[0009] 本實用新型的有益效果是：
[0010] 1.本實用新型能夠通過現慢并對比EGR7令卻器進、出氣端顆粒物排放，現聯出顆粒 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、壓降的影響規律。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型顆粒物沉積路徑實驗臺的結構示意圖。
[0014] 圖2為本實用新型顆粒物沉積路徑實驗臺中可變長度EGR冷卻器的結構示意圖。
[0015] 圖3為本實用新型顆粒物沉積路徑實驗臺控制系統連接示意圖。
[0016] 圖中：1-發動機排氣總管；2-EGR進氣管;3-進氣端氣體取樣管;4-進氣端氣體分析 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-進水溫度傳感器；17-冷卻液流量閥； 18-冷卻液進水管；19-冷卻液恒溫設備;20-冷卻液出水管;21-冷卻液累;22-出水溫度傳感 器;23-進氣端顆粒物分析儀;24-進氣端顆粒物取樣管;25-進氣溫度傳感器;26-進氣壓力 傳感器;27-EGR進氣管快接頭；51-冷卻器進氣管;52-冷卻器出氣管；53-冷卻器蓋;54-熱忍 連接頭;55-換熱忍管;56-冷卻液循環管。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明。
[0018] 如圖1所示，一種顆粒物沉積路徑實驗臺，包括ECU、可變長度EGR冷卻器5和用于連 接到發動機排氣總管1的EGR進氣管2;EGR進氣管2通過冷卻器進氣管51連接到可變長度EGR 冷卻器5的進氣口，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上設置有流量計9和EGR背壓閥10;冷卻器進氣管51上設置有進氣端氣體分析儀 4、進氣端顆粒物分析儀23、進氣溫度傳感器25和進氣壓力傳感器26;冷卻器出氣管52上設 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包括冷卻液循環管56和設置在其內部的換熱忍 管55,冷卻液循環管56側壁上設置有分別連接到冷卻液恒溫設備19的冷卻液進水管18和冷 卻液出水管20,冷卻液進水管18上設置有進水溫度傳感器16;換熱忍管55兩端分別與冷卻 器進氣管51和冷卻器出氣管52連通。所述冷卻液循環管56兩端各密封設置有換熱忍連接頭 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 氣端顆粒物分析儀23、出氣端顆粒物分析儀15、進氣溫度傳感器25、出氣溫度傳感器12、進 水溫度傳感器16、進氣壓力傳感器26、出氣壓力傳感器13和冷卻液恒溫設備19都連接到 ECU。
[0021 ]本實施例的冷卻液進水管18上還設置有冷卻液流量閥17，冷卻液流量閥17也連接 至化CU，通過ECE控制冷卻液進入EGR冷卻器的流量。
[0022] 本實施例的EGR進氣管2通過EGR進氣管快接頭27連接到冷卻器進氣管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。該結構使實驗臺安裝和拆卸快捷方 便。
[0023] 進水溫度傳感器16的溫度信號直接發送給ECU, ECU通過比較進水溫度傳感器16的 溫度值與目標值，控制冷卻液恒溫設備19,使進入可變長度EGR冷卻器5的冷卻液溫度恒定。
[0024] 流量計9采集再循環氣體流量并將信號傳給所述ECU與預設值比較，進而將控制信 號傳給EGR背壓閥10控制其開度，從而保持流量恒定。
[0025] 根據實驗需要選擇合適的所述換熱忍管并安裝好后，實驗臺連續運行一段時間， 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，然后相應的改變換熱忍管 的長度，重復實驗，當某一粒徑范圍的顆粒物減少率超過90%時，即認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前的EGR氣體流量(流速）、冷卻液溫度、EGR 氣體進口溫度、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，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] 具體實驗方法如下：
[0028] 通過流量計采集EGR氣體的流量；
[0029] 通過進水溫度傳感器采集冷卻液進入可變長度EGR冷卻器前的溫度T。。。地；
[0030] 通過進氣溫度傳感器采集EGR廢氣進入可變長度EGR冷卻器前的溫度TECRiS;
[0031] 分別通過進氣端顆粒物分析儀和出氣端顆粒物分析儀采集EGR廢氣進入可變長度 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%時對應的換熱管的長度；
[0034] 該長度則為該粒徑范圍顆粒物在當前EGR氣體流量、當前冷卻液注入溫度、當前 EGR進氣口溫度下的沉積路徑。
[0035] 進一步的實驗步驟為，通過改變冷卻液的溫度來改變冷卻器的換熱率，進而分析 出顆粒物沉積路徑對EGR冷卻器換熱效率的影響規律。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。
[0040] 根據前述實驗步驟取得各粒徑范圍顆粒物相應的沉積路徑，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關系，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 的影響規律。
[0041] 進一步的實驗步驟為，通過改變EGR廢氣進入冷卻器的壓力來改變單位長度換熱 忍管壓降，進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律。具 體為：
[0042] 分別通過進氣壓力傳感器、出氣壓力傳感器采集EGR廢氣進入可變長度EGR冷卻器 前的壓力P進和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 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實時顯示。
[0044]
[0045] 根據前述實驗步驟取得各粒徑范圍顆粒物相應的沉積路徑，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關系，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 管壓降的影響規律。
[0046] 進一步的實驗步驟為，分別通過進氣端氣體分析儀和出氣端氣體分析儀采集EGR 廢氣進入可變長度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關系，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律。
[0047] 總之，當某粒徑范圍顆粒物完全沉積時對應的壓降、換熱效率，即為尺寸顆粒物當 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的換熱效率和壓降就可W分 析、總結出顆粒物沉積路徑與壓降和換熱效率的對應關系，即規律。
【主權項】
1. 一種顆粒物沉積路徑實驗臺，其特征在于，包括ECU、可變長度EGR冷卻器（5)和用于 連接到發動機排氣總管（1)的EGR進氣管（2) ;EGR進氣管（2)通過冷卻器進氣管（51)連接到 可變長度EGR冷卻器(5)的進氣口，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)上設置有流量計(9)和EGR背壓閥（10);冷卻器進氣管 (51)上設置有進氣端顆粒物分析儀(23)、進氣溫度傳感器(25)和進氣壓力傳感器(26);冷 卻器出氣管(52)上設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)包括冷卻液循環管（56)和設置在其內部的換熱芯管 (55)，冷卻液循環管（56)側壁上設置有分別連接到冷卻液恒溫設備（19)的冷卻液進水管 (18)和冷卻液出水管（20)，冷卻液進水管（18)上設置有進水溫度傳感器（16);換熱芯管 (55)兩端分別與冷卻器進氣管(51)和冷卻器出氣管(52)連通;流量計(9)、EGR背壓閥（10)、 進氣端顆粒物分析儀(23)、出氣端顆粒物分析儀(15)、進氣溫度傳感器(25)、出氣溫度傳感 器（12)、進水溫度傳感器（16)、進氣壓力傳感器(26)、出氣壓力傳感器（13)和冷卻液恒溫設 備（19)都連接到EOT。2. 根據權利要求1所述的顆粒物沉積路徑實驗臺，其特征在于，所述冷卻器進氣管(51) 上設置有進氣端氣體分析儀(4)，冷卻器出氣管(52)上設置有出氣端氣體分析儀(6);進氣 端氣體分析儀(4)和出氣端氣體分析儀(6)都連接到ECU。3. 根據權利要求1所述的顆粒物沉積路徑實驗臺，其特征在于，所述冷卻液循環管(56) 兩端各密封設置有換熱芯連接頭（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)連接到冷卻器進氣管(51)和冷卻器出 氣管(52)。4. 根據權利要求1所述的顆粒物沉積路徑實驗臺，其特征在于，所述EGR進氣管(2)通過 EGR進氣管快接頭(27)連接到冷卻器進氣管(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. 根據權利要求1所述的顆粒物沉積路徑實驗臺，其特征在于，所述冷卻液進水管（18) 上還設置有冷卻液流量閥（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
【發明人】張洵, 劉智, 李鑫, 田維
【申請人】西華大學