定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物采集系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種定容燃燒彈裝置，具體涉及一種定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物采集系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著排放法規(guī)日趨嚴(yán)格，人們越來越關(guān)注如何有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體的排放，研宄有害排放物如PM在缸內(nèi)燃燒過程中是如何形成對降低其排放有重要意義。目前研宄中已有采用單缸機(jī)全氣缸取樣系統(tǒng)，但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開發(fā)周期長、成本高、工作時(shí)循環(huán)變動(dòng)大。由于定容燃燒彈可以精確控制多種熱力學(xué)參數(shù)而被廣泛應(yīng)用于模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的研宄，但研宄工作大都集中在燃燒領(lǐng)域，收集定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物，分析有害氣體形成的研宄工作還較少。
[0003]目前用于氣體的采集裝置多是采樣瓶或采樣袋，使用抽吸式方法，即在取樣前將采樣瓶或采樣袋抽真空，利用壓差將氣體取出。該裝置與方法用于定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物的采集存在以下缺陷:無法完全取樣，定容燃燒彈最終與采樣瓶的壓力達(dá)到平衡，剩余氣體無法取出；采樣時(shí)燃燒產(chǎn)物在經(jīng)過取樣管道的過程中，由于溫度很高燃燒產(chǎn)物中的成分和各成分的量會(huì)發(fā)生改變，最終取出的氣體與想采集的氣體差別很大；無法精確控制采集的時(shí)亥|J，定容燃燒彈中燃燒進(jìn)行到不同時(shí)刻燃燒產(chǎn)物成分和各成分的量都不一樣，傳統(tǒng)氣體采集裝置很難采集到不同時(shí)刻的氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]為克服單缸機(jī)全氣缸取樣系統(tǒng)的缺點(diǎn)同時(shí)解決傳統(tǒng)氣體采集裝置與方法的不足，本發(fā)明提供一種定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物采集裝置和方法。具體技術(shù)方案如下:
[0005]定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物采集系統(tǒng)，包括:
[0006]定容燃燒彈35，用于模擬燃料燃燒，包括進(jìn)排氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)；定容燃燒彈的燃燒產(chǎn)物在高壓氮?dú)獾尿?qū)使下，依次經(jīng)過第二電磁閥、第二流量計(jì)量閥，進(jìn)入淬息裝置的燃燒產(chǎn)物入口；
[0007]淬息裝置36 ;所述淬息裝置包括:氮?dú)馍淞鞴躀和稀釋混合腔3 ;所述的氮?dú)馍淞鞴苎氐獨(dú)饬鲃?dòng)方向依次包括:壓縮氮?dú)馊肟?4、錐形漸縮區(qū)5和射流區(qū)6 ;所述射流區(qū)外層包覆著預(yù)混區(qū)13，預(yù)混室左端與氮?dú)馍淞鞴苊芊膺B接，預(yù)混區(qū)管壁上有燃燒產(chǎn)物入口 19 ;
[0008]第一電磁閥31，第一流量計(jì)量閥39，二者安裝在氮?dú)怃撈颗c淬熄裝置之間；
[0009]第二電磁閥32，為高溫電磁閥；第二流量計(jì)量閥40 ;二者安裝在定容燃燒彈與淬熄裝置間；
[0010]第三電磁閥33，為高壓電磁閥；第三流量計(jì)量閥41 ;二者安裝在氮?dú)怃撈颗c定容燃燒彈間；
[0011]氣袋或氣瓶37，收集淬息裝置最終排出的產(chǎn)物；
[0012]氮?dú)怃撈?8，存儲(chǔ)液氮；氮?dú)怃撈枯敵龅牡獨(dú)夥譃槎?；一路依次?jīng)過第三電磁閥、第三流量計(jì)量閥，進(jìn)入定容燃燒彈；另一路依次經(jīng)過第一電磁閥、第一流量計(jì)量閥，進(jìn)入淬息裝置的壓縮氮?dú)馊肟冢?br>[0013]同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)42;
[0014]單片機(jī)控制系統(tǒng)34 ;所述單片機(jī)控制系統(tǒng)由單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和信號(hào)反饋系統(tǒng)構(gòu)成，其中信號(hào)反饋系統(tǒng)包括缸壓傳感器和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；所述缸壓傳感器用于測定所述定容燃燒彈的壓力信號(hào)并傳輸給所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳輸給所述單片機(jī)；所述單片機(jī)用于分析數(shù)字信號(hào)，并通過所述驅(qū)動(dòng)器控制電磁閥。
[0015]同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)控制電磁閥動(dòng)作時(shí)刻。
[0016]燃燒產(chǎn)物從定容燃燒彈出來經(jīng)第二流量計(jì)量閥和第二電磁閥控制的管路進(jìn)入淬熄裝置；氮?dú)鈴牡獨(dú)怃撈砍鰜斫?jīng)第一流量計(jì)量閥和第一電磁閥控制的管路進(jìn)入淬熄裝置，燃燒產(chǎn)物和氮?dú)獬浞只旌虾痛阆ê笠黄饛拇阆ㄑb置出口經(jīng)管道流進(jìn)氣袋或氣瓶；從氮?dú)怃撈砍鰜淼牡獨(dú)膺€有一路是經(jīng)第二流量計(jì)量閥和第二電磁閥控制的管路流向定容燃燒彈。
[0017]所述淬熄裝置是本發(fā)明重要構(gòu)成部件之一，從氮?dú)怃撈恐谐鰜淼臏囟容^低的氮?dú)馀c采集到的高溫燃燒產(chǎn)物在淬熄裝置中充分混合，氮?dú)庠诮档腿紵a(chǎn)物的溫度的同時(shí)大幅度稀釋燃燒產(chǎn)物的濃度，再加上氮?dú)獗旧砘瘜W(xué)活性很低，可迅速終止燃燒產(chǎn)物中正在進(jìn)行的各種反應(yīng)，保證燃燒產(chǎn)物的成分和各成分的量不變。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述淬息裝置，包括:氮?dú)馍淞鞴?、液氮存儲(chǔ)室2和稀釋混合腔3三部分；
[0019]所述的氮?dú)馍淞鞴苎氐獨(dú)饬鲃?dòng)方向包括:壓縮氮?dú)馊肟?4、錐形漸縮區(qū)5和射流區(qū)6 ;所述射流區(qū)包括:緩沖段7和一段收縮段8和氮?dú)獬隹诜€(wěn)壓段9 ;緩沖段上有連通射流區(qū)與液氮存儲(chǔ)室的4個(gè)液氮吸入孔10，小孔直徑是此處緩沖段管徑的五分之一，此參數(shù)能夠更好的抽吸液氮蒸汽；穩(wěn)壓段上有12個(gè)燃燒產(chǎn)物吸入孔，燃燒產(chǎn)物吸入孔直徑與液氮吸入孔直徑相同。
[0020]所述稀釋混合腔包括:預(yù)混室13、收縮室14、一級(jí)混合室15、擴(kuò)散室16和二級(jí)混合室17 ;預(yù)混區(qū)13包覆在射流區(qū)6外層，其左端與氮?dú)馍淞鞴苊芊膺B接，預(yù)混區(qū)管壁上有燃燒產(chǎn)物入口 19 ;一級(jí)混合室15與收縮室14連接，混合室的長度是直徑的2倍。
[0021]所述收縮室結(jié)束段與射流管的伸出端在同一橫截面，且收縮室的右端直徑大小是此處氮?dú)馍淞鞴芏丝谥睆降?倍；裝置的管道內(nèi)均涂覆聚四氟乙烯涂層，減少對燃燒產(chǎn)物的吸附作用。
[0022]氮?dú)馍淞鞴芘c稀釋混合腔通過螺紋21、22密封連接；所述液氮儲(chǔ)存室通過螺紋23安裝在氮?dú)馍淞鞴苌?，并通過四氟墊與稀釋混合腔密封。
[0023]在上述采集系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物采集方法，包括如下步驟:
[0024](一 )準(zhǔn)備工作:
[0025]通過定容燃燒彈加熱系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)等設(shè)定好要研宄的試驗(yàn)工況條件I ( 一定的溫度、背壓和不同的噴油器等)，先不采樣(電磁閥31，高溫電磁閥32，高壓電磁閥33均未開啟)，讓定容燃燒彈燃燒一次，同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作，得到容彈內(nèi)壓力P隨時(shí)間t的變化曲線，根據(jù)容彈內(nèi)壓力的變化規(guī)律來確定燃燒始點(diǎn)A和終點(diǎn)C，它們對應(yīng)的時(shí)間分別是tjP 12，取A點(diǎn)和C點(diǎn)間任意一點(diǎn)B，B點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間為ti;
[0026]在采樣前，保證第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和氮?dú)怃撈烤撮_啟，用真空泵將整個(gè)系統(tǒng)裝置抽真空，消除管道內(nèi)殘留氣體對采樣氣體的影響；
[0027]( 二)采樣過程:
[0028]再次設(shè)定同樣的試驗(yàn)工況條件I，打開氮?dú)怃撈浚?br>[0029]利用單片機(jī)控制系統(tǒng)控制第一電磁閥在^時(shí)刻開啟，在采集燃燒產(chǎn)物之前氮?dú)庖呀?jīng)向淬熄裝置中充入，保證在燃燒產(chǎn)物進(jìn)入淬熄裝置時(shí)是低溫和低壓的環(huán)境，使采樣氣體迅速淬熄；
[0030]在\時(shí)刻單片機(jī)控制系統(tǒng)控制第二電磁閥開啟，開始對燃燒產(chǎn)物進(jìn)行采樣，t 4寸刻根據(jù)試驗(yàn)要求滿足t ^ t2；
[0031 ] &時(shí)刻燃燒已經(jīng)結(jié)束，隨著取樣持續(xù)進(jìn)行，定容燃燒彈內(nèi)壓力迅速下降，在t 2+ Λ t時(shí)刻單片機(jī)控制系統(tǒng)控制第三電磁閥開啟，利用氮?dú)鈱埩粼谌輳梼?nèi)的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行掃氣，使之全部進(jìn)入氣袋或氣瓶，從而實(shí)現(xiàn)完全取樣；△ t的選擇依據(jù)具體試驗(yàn)要求和條件(容彈容積、燃燒后容彈內(nèi)的壓力、氣袋或氣瓶的容積等)；
[0032]掃氣持續(xù)h時(shí)間后，保證采樣氣體完全取出，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)掉氮?dú)怃撈?，取樣過程結(jié)束；
[0033]通過第一、第二、第三流量計(jì)量閥可以測得氮?dú)庀♂屓紵a(chǎn)物的比例。
[0034]作為優(yōu)選方案，所述淬息過程如下:
[0035]向裝置里充入氮?dú)猓艃粞b置里的氧氣，使裝置一直處于氮?dú)獾沫h(huán)境中；錐形漸縮區(qū)提高氮?dú)饬鞒鏊俣?，?shí)現(xiàn)一級(jí)加速；氮?dú)饨?jīng)過緩沖段之后的一段緩慢收縮段和穩(wěn)壓段，在不