一种燃烧器试验台架及基于燃烧器的混合器稳态结晶试验方法与流程

本发明涉及发动机后处理器设计验证技术领域，尤其是一种燃烧器试验台架及基于燃烧器的混合器稳态结晶试验方法。

背景技术：

发动机排气系统中的后处理器主要用于对汽车尾气进行后处理，将汽车尾气中的氮氧化物（nox）、碳氢化合物（ch）、碳氧化合物（co）等有害气体转化为氮气（n2）、水（h2o）、二氧化碳（co2）等。目前，柴油机国六常采用doc（氧化性催化剂）+dpf（颗粒过滤器）+scr(选择性催化还原)技术对尾气排放进行后处理，在排气管内安装尿素罐，尿素罐中的尿素作为还原剂通过喷嘴喷入排气管中，尾气中的氮氧化物（nox）在催化剂的作用下生成无害的氮气（n2）和水（h2o），最终从排气管排出，从而达到节能减排的目的。国六阶段由于法规加严，对尿素喷射精度要求更高，控制尿素在混合器中的结晶是提高后处理转化效率的关键。

中国发明专利cn106226085b中公开了一种柴油机scr后处理系统排气管尿素结晶试验方法，包括如下步骤：p1：试验发动机的选择；p2：发动机机热磨合；p3：发动机性能和原始排放确认；p4：确认后处理系统工作正常，scr后处理系统排放确认；p5：scr系统排气管结晶试验方法：试验时间为3个小时，分为1个小时的whtc（瞬态循环）循环和2个小时的低温低排气流量极限工况稳态试验循环，试验完成检查scr催化器内部和排气管尿素结晶情况；p6：判定scr后处理系统结晶试验是否通过。这种验证方法存在如下问题：（1）该尿素结晶试验方法是基于发动机台架的验证方法，发动机台架需要首先获取目标发动机，即需要在定型的发动机型号中选择合适的发动机样机、或者按照新的发动机开发方案生产出样机后，在发动机样机上进行相应的台架试验。发动机台架的搭建需要花费较长的时间，人工成本较高。而且发动机在进行试验前，需要经过较长的发动机热磨合过程，在测试结束后，还要经过较长的发动机冷却过程，整个完整测试过程所需的时长较长。（2）该尿素结晶试验方法只能在已有的发动机台架上进行试验，对于只确定了设计方案还未有样机的发动机方案，不能使用该试验方法进行测试评估，应用范围受限。

中国实用新型专利cn206638424u中公开了一种基于燃烧器的柴油机后处理系统性能测试试验台架装置，该装置为基于燃烧器的柴油机后处理系统性能测试试验台架装置，通过控制喷油、点火、燃烧，模拟柴油机尾气。该装置的变频风机产生的空气在混合燃烧段进行燃烧后产生的排气进入稀释空腔，在稀释空腔内与稀释风机产生的稀释空气进行混合。该装置对燃烧后的排气进行稀释混合，稀释风机提供的稀释空气为未经燃烧的浓度较低的空气，稀释混合后的气体中含有未经燃烧的气体成分，混合气体中的气体组分与实际柴油机尾气中气体组分之间存在一定的差异，不能很准确地模拟柴油机尾气的真实情况，模拟精确性较差。该装置主要是针对柴油机后处理系统的试验台架，适用范围较小。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有基于燃烧器的柴油机后处理系统性能测试试验台架装置的模拟精确性较差；柴油机scr后处理系统排气管尿素结晶试验方法是基于发动机台架的验证方法，存在发动机台架搭建费时、人工成本高等缺点，提供一种合理的燃烧器试验台架及基于燃烧器的混合器稳态结晶试验方法，燃烧器模拟精确性高；基于燃烧器进行模拟测试，燃烧器获取简单，搭建简单，降低成本。

本发明所采用的技术方案如下：

一种燃烧器试验台架，包括控制柜、与控制柜连接的燃料箱、燃烧器，燃料箱内设有若干个燃料腔，每个燃料腔分别与燃烧器连接，燃烧器上设置有进气口、排气口；测试时，进气口与送风系统连接，排气口与后处理器连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

燃料箱与燃烧器之间设置有混合腔，燃料箱的每个燃料腔分别与混合腔连接，每个燃料腔与混合腔之间设置有第一电磁阀、第一流量计；混合腔与燃烧器之间设置有第二电磁阀、第二流量计；每个第一电磁阀、第二电磁阀分别与控制柜连接，控制柜可以调节第一电磁阀、第二电磁阀的开度。

本发明的燃烧器试验台架设有若干个燃料腔，各个燃料腔分别通过管路连接到混合腔上，各个燃料腔的燃料在混合腔内充分均匀混合后再输入燃烧器内燃烧，燃烧后产生的尾气直接输入后处理器中，输入后处理器中的均为燃烧后产生的尾气，保证燃烧器输出的气体组分与真实的发动机尾气的气体组分相同，确保燃烧器输出的尾气能准确地模拟发动机尾气的真实情况，模拟精确性高。

排气口上连接有尾气检测仪、第三电磁阀，尾气检测仪、第三电磁阀与控制柜连接，控制柜根据尾气检测仪的检测数据控制第三电磁阀的开闭。

本发明的燃烧器试验台架的尾气检测仪、第三电磁阀与控制柜电连接，控制柜根据尾气检测仪的检测数据控制第三电磁阀的开闭，检测数据与控制柜上输入的原排数据不同时，第三电磁阀处于关闭状态；相同时，第三电磁阀打开，旁通管关闭，尾气通过第三电磁阀输入后处理器中，保证输入后处理器中的气体与真实的发动机尾气相吻合，确保尾气模拟的准确性。

若干个燃料腔内存放相同的燃料或不同的燃料。

本发明的燃烧器试验台架每个燃料腔内可以存放相同的燃料，也可以存放不同的燃料，如柴油、甲醇、乙醇、生物燃料等，通过输出不同的燃料，可以针对柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或其他新能源发动机进行原排模拟，应用范围广。

后处理器上设置doc模块、dpf模块、混合器模块、scr+asc模块；混合器模块上设置有喷嘴，喷嘴通过尿素泵连接到尿素罐上，尿素泵上设置有dcu模块，dcu模块与控制柜电连接。

一种采用所述燃烧器试验台架进行的基于燃烧器的混合器稳态结晶试验方法，包括如下步骤：

i、燃烧器试验台架根据原排数据模拟发动机工况；

ii、尿素喷射量标定；

iii、后处理系统稳态结晶试验；

iv、试验结果判定。

本发明的结晶试验方法采用燃烧器试验台架作为尾气输出的来源，是基于燃烧器平台进行的测试，相对于发动机台架来说，其结构、平台搭建、操作更简单，平台安装拆卸需要花费的时间较短，人工成本较低。燃烧器试验前的热机时间、试验后的冷却时间较短，降低了整个试验过程的时长。采用燃烧器试验台架模拟发动机的尾气排放情况，对于国六阶段的发动机，即使发动机样机无法获取，也可以根据其设计特征计算得到的性能参数作为原排数据输入燃烧器进行模拟，得到与发动机原排数据相匹配的尾气输出。

作为上述技术方案的进一步改进：

在模拟工况前，选择发动机的若干个工况点的原排数据输入燃烧器试验台架；工况点为发动机额定工况点以及whsc中的若干个排气温度较低、排气流量较低、喷射量较大的工况点；若干工况点的原排数据从已有发动机上收集，或根据发动机的设计特征计算得到；原排数据为排气温度、排气流量、气体组分数据。

本发明的工况点选择发动机的额定工况点以及whsc十三个工况点中的若干个排气温度较低、排气流量较低、喷射量较大的工况点，后处理器在这些工况点下运行时，存在较大的结晶风险，因此选择这些工况点的原排数据进行试验，可以较准确地反应后处理器的结晶情况。原排数据既可以从已有的发动机上获取，也可以从已确定设计方案、还未有样机的发动机开发方案上获取，可以对已有的发动机进行验证评估，也可以对尚处于开发阶段的发动机方案进行验证评估，扩大了应用范围。对于处于开发阶段的发动机方案，根据试验结果的反馈，还可以提供优化的试验依据以及改进方向，缩短发动机开发的周期，减小开发的成本。

第iii步后处理系统稳态结晶试验的步骤包括：

a）、对后处理器运行清理工况后，对后处理器进行称重，记录数据w0；

b）、运行燃烧器试验台架；

c）、启动dcu模块；

d）、各工况点下，分别运行2h、8h的稳态循环，并分别对后处理器进行称重，记录数据wn-1、wn-2。

第iii步中对试验结果的判定要求为：

1）、2h稳态循环后，增加的重量大于5g，测试结果不合格；

2）、2h稳态循环后，增加的重量小于5g，8h稳态循环后，增加的重量大于30g，测试结果不合格；

3）、2h稳态循环后，增加的重量小于5g，8h稳态循环后，增加的重量小于30g，测试结果合格。

第ii步中选择的氨氮比为1.0-1.2。

本发明的有益效果如下：

本发明的燃烧器试验台架设有若干个燃料腔，各个燃料腔分别通过管路连接到混合腔上，各个燃料腔的燃料在混合腔内充分均匀混合后再输入燃烧器内燃烧，燃烧后产生的尾气直接输入后处理器中，输入后处理器中的均为燃烧后产生的尾气，保证燃烧器输出的气体组分与真实的发动机尾气的气体组分相同，确保燃烧器输出的尾气能准确地模拟发动机尾气的真实情况，模拟精确性高。

本发明的燃烧器试验台架的尾气检测仪、第三电磁阀与控制柜电连接，控制柜根据尾气检测仪的检测数据控制第三电磁阀的开闭，检测数据与控制柜上输入的原排数据不同时，第三电磁阀处于关闭状态；相同时，第三电磁阀打开，旁通管关闭，尾气通过第三电磁阀输入后处理器中，保证输入后处理器中的气体与真实的发动机尾气相吻合，确保尾气模拟的准确性。

本发明的燃烧器试验台架每个燃料腔内可以存放相同的燃料，也可以存放不同的燃料，如柴油、甲醇、乙醇、生物燃料等，通过输出不同的燃料，可以针对柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或其他新能源发动机进行原排模拟，应用范围广。

本发明的结晶试验方法采用燃烧器试验台架作为尾气输出的来源，是基于燃烧器平台进行的测试，相对于发动机台架来说，其结构、平台搭建、操作更简单，平台安装拆卸需要花费的时间较短，人工成本较低。燃烧器试验前的热机时间、试验后的冷却时间较短，降低了整个试验过程的时长。采用燃烧器试验台架模拟发动机的尾气排放情况，对于国六阶段的发动机，即使发动机样机无法获取，也可以根据其设计特征计算得到的性能参数作为原排数据输入燃烧器进行模拟，得到与发动机原排数据相匹配的尾气输出。

本发明的工况点选择发动机的额定工况点以及whsc十三个工况点中的若干个排气温度较低、排气流量较低、喷射量较大的工况点，后处理器在这些工况点下运行时，存在较大的结晶风险，因此选择这些工况点的原排数据进行试验，可以较准确地反应后处理器的结晶情况。原排数据既可以从已有的发动机上获取，也可以从已确定设计方案、还未有样机的发动机开发方案上获取，可以对已有的发动机进行验证评估，也可以对尚处于开发阶段的发动机方案进行验证评估，扩大了应用范围。对于处于开发阶段的发动机方案，根据试验结果的反馈，还可以提供优化的试验依据以及改进方向，缩短发动机开发的周期，减小开发的成本。

附图说明

图1为本发明的燃烧器试验台架示意图。

图2为本发明的试验方法的试验流程图。

图中：1、控制柜；2、燃料箱；3、第一燃料腔；4、第二燃料腔；5、第三燃料腔；6、第四燃料腔；7、第一电磁阀；8、第一流量计；9、混合腔；10、第二电磁阀；11、第二流量计；12、进气口；13、燃烧器；14、排气口；15、尾气检测仪；16、旁通管；17、第三电磁阀；18、后处理器；19、doc模块；20、dpf模块；21、混合器模块；22、scr+asc（氨逃逸催化器）模块；23、尿素罐；24、dcu（尿素喷射控制单元）模块；25、尿素泵；26、喷嘴；27、喷嘴座；28、尿素液。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的燃烧器试验台架的燃料箱2通过电连接到控制柜1上，燃料箱2内并联设有若干个燃料腔，本实施例中设置有第一燃料腔3、第二燃料腔4、第三燃料腔5、第四燃料腔6，每个燃料腔内可以存放相同的燃料，也可以存放不同的燃料，如柴油、甲醇、乙醇、生物燃料等，通过输出不同的燃料，可以针对柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或其他新能源发动机进行原排模拟，应用范围广；四个燃料腔分别通过管路连接到混合腔9上，每个燃料腔与混合腔9之间依次设置有第一电磁阀7、第一流量计8，每个第一电磁阀7与控制柜1电连接（图中未示出），控制柜1可以调节第一电磁阀7的开度，从而控制每个燃料腔的燃料流量，第一流量计8用于监控每个燃料腔输出的燃料流量；每个燃料腔可以根据具体的原排要求调整不同的燃料配比，输出的燃料在混合腔9内进行充分均匀的混合。混合腔9通过管路连接到燃烧器13上，混合腔9与燃烧器13之间设置有第二电磁阀10、第二流量计11，第二电磁阀10与控制柜1电连接（图中未示出），控制柜1可以调节第一电磁阀7的开度，从而控制混合腔9的输出燃料流量，第二流量计11用于监控混合腔9输出的燃料流量；燃烧器13与控制柜1通过电连接，控制柜1可以控制燃烧器13的点火；燃烧器13上设置有进气口12、排气口14，进气口12与送风系统连接（图中未示出），送风系统通过进气口12向燃烧器13送入一定风速和风量的空气，进气口12与控制柜1通过电连接（图中未示出），控制柜1可以控制进气口12的开度，从而控制送风系统送入的风量；排气口14与后处理器18连接，排气口14与后处理器18之间设置有第三电磁阀17，燃烧器13产生的尾气通过排气口14输入后处理器18中进行结晶试验；排气口14上通过旁通管16设置有尾气检测仪15，用于检测输出的尾气的排气温度、排气流量、气体组分等数据。尾气检测仪15、第三电磁阀17与控制柜1电连接（图中未示出），控制柜1根据尾气检测仪15的检测数据控制第三电磁阀17的开闭，检测数据与控制柜1上输入的原排数据不同时，第三电磁阀17处于关闭状态；相同时，第三电磁阀17打开，旁通管16关闭，尾气通过第三电磁阀17输入后处理器18中，保证输入后处理器18中的气体与真实的发动机尾气相吻合，确保尾气模拟的准确性。后处理器18从前至后依次设置doc模块19、dpf模块20、混合器模块21、scr+asc模块22；混合器模块21上通过喷嘴座27伸入设置有喷嘴26，喷嘴26通过尿素泵25连接到尿素罐23上，尿素泵25上设置有dcu模块24，dcu模块24与控制柜1电连接（图中未示出），dcu模块24根据控制柜1上输入的原排数据对尿素喷射量进行标定。

采用本发明的燃烧器试验台架进行混合器稳态结晶试验时，向控制柜1中输入原排数据，控制柜1根据原排数据打开并调节各个第一电磁阀7及第二电磁阀10的开度、开启并调节燃烧器13的进气口12，各个燃料腔根据各自的燃料配比将燃料输入混合腔9，在混合腔9内混合后输入到燃烧器13中，送风系统通过进气口12将空气送入燃烧器13中；控制柜1控制燃烧器13点火，输入的燃料和空气在燃烧器13内燃烧后产生尾气；尾气检测仪15检测排气口14处的排气温度、排气流量、气体组分等数据，并将检测数据反馈至控制柜1，控制柜1将接收到的检测数据与输入的原排数据对比，二者相同时，关闭旁通管16，开启第三电磁阀17，尾气输入后处理器18中，依次经过后处理器18的各个模块，尿素罐23通过尿素泵25、喷嘴26向混合器模块21内喷入尿素液28，尿素液28与尾气在混合器模块21内混合均匀后进入scr+asc模块，在scr+asc模块内进行反应。本发明的燃烧器试验台架根据原排数据调节各个燃料腔的燃料配比，各个燃料腔的燃料在混合腔9内充分均匀混合后再输入燃烧器13内燃烧，燃烧后产生的尾气直接输入后处理器18中，输入后处理器18中的均为燃烧后产生的尾气，保证燃烧器13输出的气体组分与真实的发动机尾气的气体组分相同，确保燃烧器13输出的尾气能准确地模拟发动机尾气的真实情况，模拟精确性高。

如图2所示，采用本发明的燃烧器试验台架可以对后处理器18进行基于燃烧器的混合器稳态结晶试验，该试验方法是在后处理器18开发的前期验证后处理器18是否存在结晶风险，具体包括如下步骤：

步骤s1：收集发动机数据；

步骤s2：选择工况点；

步骤s3：燃烧器模拟发动机工况；

步骤s4：尿素喷射量标定；

步骤s5：后处理系统稳态结晶试验；

步骤s6：试验结果判定。

按照上述步骤进行试验后，将所得试验结果与设定值进行比较：（1）测试结果小于设定值，则试验成功，即后处理器18满足要求，不存在结晶的风险；（2）测试结果大于设定值，则试验失败，后处理器18存在结晶的风险，需要对后处理器18进行优化设计，优化后的产品再按照步骤s5、步骤s6进行重新验证。

步骤s1，首先需要收集发动机的相关数据，主要是收集发动机在其额定工况点以及whsc（稳态循环）的十三个工况点运行时的排气温度、排气流量、气体组分等数据信息，这些数据为原排数据。原排数据可以从与待试验的后处理器18相适配的、同一系列的发动机上收集，发动机可以是已经批量使用的机型，也可以是按最新方案生产出来的发动机样机。对于处于开发阶段、只确定了设计方案、样机还未生产出来的发动机，可以将根据发动机的设计特征计算得到的性能参数作为原排数据。

本发明的原排数据既可以从已有的发动机上获取，也可以从已确定设计方案、还未有样机的发动机开发方案上获取，可以对已有的发动机进行验证评估，也可以对处于开发阶段的发动机方案进行验证评估，扩大了应用范围。对于处于开发阶段的发动机方案，根据试验结果的反馈，还可以提供优化的试验依据以及改进方向，缩短发动机开发的周期，减小开发的成本。

步骤s2，基于步骤s1所收集的额定工况点及whsc的十三个工况点的原排数据，选择若干个工况点的原排数据，本实施例中，选择发动机的额定工况点以及whsc十三个工况点中的若干个排气温度较低、排气流量较低、喷射量较大的工况点，后处理器18在这些工况点下运行时，存在较大的结晶风险，因此选择这些工况点的原排数据进行试验，可以较准确地反应后处理器18的结晶情况。

步骤s3，将步骤s2中所选择的若干个工况点的原排数据，输入到本发明的燃烧器试验台架中，燃烧器试验台架根据步骤s2输入的各个工况点的原排数据，调整输入的风速、风量以及燃料配比，对发动机的尾气排放情况进行模拟，保证燃烧后每个工况点输出的排气温度、排气流量、气体组分等与所收集的发动机的原排数据相匹配。

本发明的结晶试验方法采用燃烧器试验台架作为尾气输出的来源，是基于燃烧器平台进行的测试，相对于发动机台架来说，其结构、平台搭建、操作更简单，平台安装拆卸需要花费的时间较短，人工成本较低。燃烧器试验前的热机时间、试验后的冷却时间较短，降低了整个试验过程的时长。采用燃烧器试验台架模拟发动机的尾气排放情况，对于国六阶段的发动机，即使发动机样机无法获取，也可以根据其设计特征计算得到的性能参数作为原排数据输入燃烧器进行模拟，得到与发动机原排数据相匹配的尾气输出。

步骤s4，根据步骤s2中所选择工况点的原排数据、后处理器18的排放目标，选择合适的氨氮比，氨氮比一般为1.0-1.2，对dcu模块24的尿素喷射量进行标定，标定过程使用量杯收集尿素溶液，根据设定喷射量进行称重，保证偏差＜2%。

步骤s5，进行后处理系统稳态结晶试验，主要包括如下几步：

b1：对后处理器18运行清理工况进行预处理，确保后处理器18干净，避免后处理器18上残留杂质从而影响后续试验结果的准确性。清理工况运行结束后，对后处理器18进行称重，记录数据w0；

b2：运行燃烧器试验台架，按输入的工况点原排数据确定燃烧器试验台架输出的排气温度、排气流量、其他组分等数据，待燃烧器输出的排气温度稳定后进行下一步；

b3：启动dcu模块24，根据步骤s4标定的尿素喷射量进行尿素喷射；

b4、基于步骤s2所选择的若干个工况点，在每个工况点下，先运行2h稳态循环，循环结束后，对后处理器18进行拍照并称重，记录数据wn-1；拍照、称重结束后，运行清理工况，清理工况结束后，再运行8h稳态循环，循环结束后,对后处理器18进行拍照并称重，记录数据wn-2；

b5：将b4中记录数据wn-1、wn-2分别减去b1中记录的数据w0，计算得到增加的重量dn-1、dn-2。

步骤s6，对试验结果进行判定，判定要求为：1）、dn-1＞5g，不合格；2）、dn-1＜5g、dn-2＞30g，不合格；3）、dn-1＜5g、dn-2＜30g，合格，试验结束。

通过对试验结果的判定，可以评估后处理器18的结晶风险，如果试验结果合格，则说明后处理器18不存在结晶的风险，后处理器18产品开发方案满足要求；如果试验结果不合格，则说明后处理器18存在结晶的风险较大，需要对后处理产品开发方案做优化设计，进一步优化改进后，再按步骤s5进行验证。

以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。例如，燃烧器试验台架也可以不设置混合腔9，燃料箱2内的若干个燃料腔直接连接到燃烧器13上，各个燃料腔将燃料输入燃烧器13内混合。