定容燃燒彈燃燒產(chǎn)物采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實用新型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)。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著排放法規(guī)日趨嚴格，人們越來越關(guān)注如何有效降低發(fā)動機有害氣體的排放，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、工作時循環(huán)變動大。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)動機的研宄，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到平衡，剩余氣體無法取出；采樣時燃燒產(chǎn)物經(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刻，定容燃燒彈中燃燒進行到不同時刻燃燒產(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刻的氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]為克服單缸機全氣缸取樣系統(tǒng)的缺點同時解決傳統(tǒng)氣體采集裝置的不足，本實用新型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)物在高壓氮氣的驅(qū)使下，依次經(jīng)過第二電磁閥、第二流量計量閥，進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:氮氣射流管I和稀釋混合腔3 ;所述的氮氣射流管沿氮氣流動方向依次包括:壓縮氮氣入口 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)混區(qū)左端與氮氣射流管密封連接，預(yù)混區(qū)管壁上有燃燒產(chǎn)物入口 19 ;
[0008]第一電磁閥31，第一流量計量閥39，二者安裝在氮氣鋼瓶與淬息裝置之間；
[0009]第二電磁閥32，為高溫電磁閥；第二流量計量閥40 ;二者安裝在定容燃燒彈與淬息裝置間；
[0010]第三電磁閥33，為高壓電磁閥；第三流量計量閥41 ;二者安裝在氮氣鋼瓶與定容燃燒彈間；
[0011]氣袋或氣瓶37，收集淬息裝置最終排除的產(chǎn)物；
[0012]氮氣鋼瓶38，存儲液氮；氮氣鋼瓶輸出的氮氣分為二路；一路依次經(jīng)過第三電磁閥、第三流量計量閥，進入定容燃燒彈；另一路依次經(jīng)過第一電磁閥、第一流量計量閥，進入淬息裝置的壓縮氮氣入口；
[0013]同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)42;
[0014]單片機控制系統(tǒng)34 ;所述單片機控制系統(tǒng)由單片機、驅(qū)動器和信號反饋系統(tǒng)構(gòu)成，其中信號反饋系統(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轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳輸給所述單片機；所述單片機用于分析數(shù)字信號，并通過所述驅(qū)動器控制電磁閥。
[0015]同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)控制電磁閥動作時刻。
[0016]燃燒產(chǎn)物從定容燃燒彈出來經(jīng)第二流量計量閥和第二電磁閥控制的管路入淬息裝置；氮氣從氮氣鋼瓶出來經(jīng)第一流量計量閥和第一電磁閥控制的管路進入淬息裝置，燃燒產(chǎn)物和氮氣充分混合和淬息后一起從淬息裝置出口經(jīng)管道流進氣袋或氣瓶；從氮氣鋼瓶出來的氮氣還有一路是經(jīng)第二流量計量閥和第二電磁閥控制的管路流向定容燃燒彈。
[0017]所述淬息裝置是本實用新型重要構(gòu)成部件之一，從氮氣鋼瓶中出來的溫度較低的氮氣與采集到的高溫燃燒產(chǎn)物在淬息裝置中充分混合，氮氣在降低燃燒產(chǎn)物的溫度的同時大幅度稀釋燃燒產(chǎn)物的濃度，再加上氮氣本身化學(xué)活性很低，可迅速終止燃燒產(chǎn)物中正在進行的各種反應(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:氮氣射流管1、液氮存儲室2和稀釋混合腔3三部分；
[0019]所述的氮氣射流管沿氮氣流動方向包括:壓縮氮氣入口 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和氮氣出口穩(wěn)壓段9 ;緩沖段上有連通射流區(qū)與液氮存儲室的4個液氮吸入孔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)混區(qū)13、收縮室14、一級混合室15、擴散室16和二級混合室17 ;預(yù)混區(qū)13包覆在射流區(qū)6外層，其左端與氮氣射流管密封連接，預(yù)混區(qū)管壁上有燃燒產(chǎn)物入口 19 ;一級混合室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立面，且收縮室的右端直徑大小是此處氮氣射流管端口直徑的2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]氮氣射流管與稀釋混合腔通過螺紋21、22密封連接；所述液氮儲存室通過螺紋23安裝在氮氣射流管上，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 )準備工作:
[0025]通過定容燃燒彈加熱系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)等設(shè)定好要研宄的試驗工況條件I ( 一定的溫度、背壓和不同的噴油器等)，先不采樣(電磁閥1，高溫電磁閥2，高壓電磁閥3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A和終點C，它們對應(yīng)的時間分別是h和t2，取A點和C點間任意一點B，B點對應(yīng)時間為ti;
[0026]在采樣前，保證第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和氮氣鋼瓶均未開啟，用真空泵將整個系統(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)定同樣的試驗工況條件I，打開氮氣鋼瓶；
[0029]利用單片機控制系統(tǒng)控制第一電磁閥在^時刻開啟，在采集燃燒產(chǎn)物之前氮氣已經(jīng)向淬息裝置中充入，保證在燃燒產(chǎn)物進入淬息裝置時是低溫和低壓的環(huán)境，使采樣氣體迅速淬息；
[0030]在\時刻單片機控制系統(tǒng)控制第二電磁閥開啟，開始對燃燒產(chǎn)物進行采樣，t 4寸刻根據(jù)試驗要求滿足t ^ t2；
[0031]t2時刻燃燒已經(jīng)結(jié)束，隨著取樣持續(xù)進行，定容燃燒彈內(nèi)壓力迅速下降，在t2+ Δ t時刻單片機控制系統(tǒng)控制第三電磁閥開啟，利用氮氣對殘留在容彈內(nèi)的燃燒產(chǎn)物進行掃氣，使之全部進入氣袋或氣瓶，從而實現(xiàn)完全取樣；At的選擇依據(jù)具體試驗要求和條件(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時間后，保證采樣氣體完全取出，單片機控制系統(tǒng)控制第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)掉氮氣鋼瓶，取樣過程結(jié)束；
[0033]通過第一、第二、第三流量計量閥可以測得氮氣稀釋燃燒產(chǎn)物的比例。
[0034]作為優(yōu)選方案，所述淬息過程如下:
[0035]向裝置里充入氮氣，排凈裝置里的氧氣，使裝置一直處于氮氣的環(huán)境中；錐形漸縮區(qū)提高氮氣流出速度，實現(xiàn)一級加速；氮氣經(jīng)過緩沖段之后的一段緩慢收縮段和穩(wěn)壓段，在不影響射流出口形成真空的情況下，實現(xiàn)氮氣二級加速；
[0036]待充入氮氣一段時間后，向液氮存儲室注入液氮；液氮儲存室里的液氮會通過液氮吸入孔進入氮氣射流管內(nèi)與壓縮氮氣混合，液氮汽化會帶走大量熱量；
[0037]燃燒產(chǎn)物通過燃燒產(chǎn)物入口進入預(yù)混區(qū)；氮氣射流管內(nèi)的負壓區(qū)把高溫燃氣引入氮氣射流管內(nèi)；
[0038]位于氮氣射流管內(nèi)的氣體為充滿高速、低壓的惰性氮氣，從高溫燃氣管道流入預(yù)混區(qū)的燃燒產(chǎn)物根據(jù)壓差一部分通過燃燒產(chǎn)物吸入孔進入射流管內(nèi)與高速氮氣混合。
[0039]本實用新型具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0040](一 )定容燃燒彈可以精確控制多種熱力學(xué)參數(shù)，可以準確重現(xiàn)各種條件下的燃燒，從而消除實際發(fā)動機的循環(huán)變動對取樣的影響。
[0041]( 二)可實現(xiàn)高溫燃燒產(chǎn)物的完全采樣。
[0042](三)在優(yōu)選方案中，采樣的同時淬息高溫燃燒產(chǎn)物，保證采樣的氣體成分和各成分的量保持不變。
[0043](四)采用同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)可精確控制氣體采集時刻，高溫燃燒產(chǎn)物的成分及各成分的量隨時間發(fā)生很大變化，通過采集不同時刻的燃燒產(chǎn)物分析其成分可反推其反應(yīng)歷程。
【附圖說明】
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[0044]圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成示意圖，圖中，31代表第一電磁閥，32代表第二電磁閥，33代表第三電磁閥，34代表單片機控制系統(tǒng)，35代表定容燃燒彈，36代表淬息裝置，37代表氣袋或氣瓶，38代表氮氣鋼瓶，39代表第一流量計量閥，40代表第二流量計量閥，41代表第三流量計量閥，42代表同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0045]圖2是單片機控制系統(tǒng)的示意圖。
[0046]圖3是實施例中同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的定容燃燒彈在某一工況條件下壓力P隨時間t的變化曲線。
[0047]圖4是本實用新型實施例中淬息裝置結(jié)構(gòu)的1/4剖面示意圖；圖中，I代表氮氣射流管，2代表液氮存儲室，3代表稀釋混合腔。
[0048]圖5是本實用新型實施例中壓縮氮氣射流管放大的全剖示意圖；圖中，4代表氮氣入口，5代表錐形漸縮區(qū)，6代表射流區(qū)，7代表射流區(qū)的緩沖段，8代表射流區(qū)的緩慢收縮段，9代表射流區(qū)的穩(wěn)壓段，10代表液氮吸入孔，11代表燃燒尾氣吸入孔，21代表位于氮氣射流管與稀釋混合腔連接處的外螺紋，23代表位于氮氣射流管與液氮存儲室連接處的外螺紋。
[0049]圖6為本實用新型實施例中稀釋混合腔的混合腔剖示意圖；圖中，13代表預(yù)混區(qū)，14代表收縮室，15代表一級混合室，16代表擴散室，17代表二級混合室，18代表燃燒尾氣接入口，19代表燃燒尾氣入口，