ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Техническое решение относится к автомобилестроению, а в частности, к экспериментальным стендам, для проведения испытаний функциональных элементов систем нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей, состоящих из окислительного нейтрализатора, фильтра-нейтрализатора дисперсных частиц и нейтрализатора селективного восстановления оксидов азота. Оснащение экспериментального стенда позволяет проводить исследовательские работы для определения совместной работы функциональных элементов систем нейтрализации безмоторным способом, т.е. при отсутствии дизельного двигателя во время испытаний.
Из уровня техники известны различные варианты исполнения экспериментальных установок, предназначенных для безмоторного исследования систем нейтрализации.
Предложенное в патенте US №7550126 (С01В 21/20, G05D 7/00 опубл. 25.01.2007) изобретение предлагает систему для имитации ОГ двигателя, оснащенную устройством для подачи азотсодержащего агента с целью увеличения концентрации оксидов азота в отработавших газах в случае необходимости.
Система сжигания топлива (генератор ОГ), состоит из: системы подачи воздуха, включающая воздушный вентилятор с фильтром на входе и расходомером воздуха и системы впрыска топлива с пневмораспыливанием, системой регулирования температуры ОГ, устройства для подачи азотсодержащего агента, системы подачи моторного масла и система подачи дополнительного воздуха.
Система подачи моторного масла в поток ОГ размещена на выходе из системы сжигания топлива, для получения продуктов сгорания моторного масла, имитируя, таким образом, попадание масла в камеру сгорания в реальном двигателе.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является система имитации ОГ, рассмотренная в патенте US №7578179 (G01M 15/10, опубл. 30.03.2007). Система состоит из воздушного вентилятора, расходомера воздуха, расположенных последовательно на воздушной магистрали стенда, источника токсичных компонентов отработавших газов и устройства для регулирования их температуры.
В рассматриваемом изобретении в качестве источника токсичных компонентов ОГ применена топливосжигающая горелка проточного типа, оснащенная камерой сгорания.
Устройство для регулирования температуры ОГ разделяет выходящий из камеры сгорания поток на две части. В первой магистрали происходит охлаждение потока ОГ в водяном теплообменнике, а температура ОГ во второй магистрали остается без изменений. В первой магистрали установлен клапан, регулирующий расход ОГ через охлаждающую магистраль. Благодаря перепуску части потока ОГ через вторую магистраль происходит регулирование температуры ОГ в точке объединения обеих газовых магистралей.
Все представленные выше изобретения, и прототип в том числе, позволяют получить ОГ с высокой температурой и в достаточном количестве. Однако процесс сгорания, протекающий в системе сжигания топлива, приводит к ограничению максимального давления ОГ на выходе из экспериментальной установки, т.е. на входе в систему нейтрализации. Это обстоятельство в некоторых случаях может сделать невозможным испытание систем нейтрализации в сборе, когда высокое внутреннее аэродинамическое сопротивление не позволит обеспечить требуемый расход ОГ через все элементы системы нейтрализации.
x
Кроме того, определенную сложность с точки зрения регулирования представляет необходимость одновременного обеспечения требуемой токсичности ОГ по трем компонентам: СО, СН и NO.
Задача, поставленная в полезной модели, состоит в повышении функциональной эффективности экспериментального стенда для исследования систем нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного двигателя.
Технический результат заключается в обеспечении широкого диапазона расходно-напорных характеристик для смеси газов, содержащей токсичные компоненты, изменение температуры газовой смеси в требуемом диапазоне и возможность плавного и независимого изменения концентрации токсичных компонентов в смеси газов.
Сущность полезной модели состоит в том, что экспериментальный стенд для исследования систем нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельного двигателя, содержащий воздушный вентилятор, расходомер воздуха, расположенные последовательно на воздушной магистрали стенда, источник токсичных компонентов отработавших газов и устройство для регулирования их температуры дополнительно снабжен баллонами, в каждом из которых в газообразном состоянии размещен источник токсичных компонентов отработавших газов, которые подключены через газовую магистраль к газовому смесителю, установленному на воздушной магистрали после электронагревателя, используемого для подогрева воздуха, регулирующего температуру токсичных компонентов отработавших газов, причем для управления параметрами экспериментального стенда в газовой магистрали размещен комплекс датчиков и регулирующей арматуры, а система нейтрализации, исследуемая на экспериментальном стенде, установлена в воздушной магистрали после газового смесителя.
Кроме того, еще отличия состоят в том, что:
- в газовой магистрали стенда между баллонами с источниками токсичных компонентов и газовым смесителем установлены регуляторы давления, клапаны, газовые расходомеры, регуляторы расхода для получения смеси газов с требуемой концентрацией перед подачей токсичных компонентов в газовый смеситель;
- на выходе из исследуемой системы нейтрализации установлены газоотборные трубки для определения степени очистки газовой смеси от токсичных компонентов.
Достигается технический результат тем, что при таком исполнении экспериментального стенда обеспечивается возможность исследования как отдельных элементов системы нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного двигателя, так и всей системы в сборе во всем температурно-расходном диапазоне смеси газов с независимым изменением концентрации токсичных компонентов в смеси.
На чертеже представлена принципиальная схема экспериментального стенда для исследования систем нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного двигателя.
2
3
6
2
3
6
Экспериментальный стенд для исследования систем нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного двигателя состоит из регулятора расхода воздуха 1, воздушного вентилятора высокого давления 2, расходомера воздуха 3, электронагревателя 4, установленных последовательно в воздушной магистрали стенда, кроме того в системе размещены газовые баллоны: 5, 6, 7, 8 для хранения в газообразном состоянии токсичных компонентов, определяющих состав получаемых отработавших газов СО, СO, СН и NO, а для управления параметрами экспериментального стенда предусмотрен комплекс датчиков и регулирующей арматуры: вентили: 9, 10, 11, 12, регуляторы давления: 13, 14, 15, 16, клапаны: 17, 18, 19, 20, газовые расходомеры: 21, 22, 23, 24, регуляторы расхода: 25, 26, 27, 28 для подачи соответственно СО, СО, СН и NO в газовый смеситель 29, установленный на воздушной магистрали стенда после электронагревателя 4, используемого для подогрева воздуха, регулирующего температуру токсичных компонентов отработавших газов, за газовым смесителем 29 установлены: датчик температуры 30, датчик давления 31 и исследуемая система 32 нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного двигателя, состоящая из окислительного нейтрализатора, фильтра-нейтрализатора дисперсных частиц и нейтрализатора селективного восстановления оксидов азота (не схеме не показано), датчика давления 33 размещенного на выходе газовой магистрали.
2
3
6
Экспериментальный стенд работает следующим образом. Для получения смеси газов с требуемой концентрацией токсичных компонентов применено смешивание СО, СО, СН и NO с воздухом в газовом смесителе 29.
Воздух подается с помощью воздушного вентилятора высокого давления 2, который оснащен регулятором 1 расхода воздуха, позволяющим изменять расходно-напорную характеристику воздушного вентилятора 2 в широком диапазоне. Количество воздуха, поступившее в газовый смеситель 29, определяется с помощью расходомера 3 воздуха. Для изменения температуры воздуха перед его поступлением в газовый смеситель 29 экспериментальный стенд оснащен электронагревателем 4 с регулятором мощности (на чертеже не показано).
2
3
6
2
3
6
Токсичные компоненты СО, СО, СН и NO размещены в баллонах: 5, 6, 7, 8 в газообразном состоянии. Баллоны оснащены вентилями: 9, 10, 11, 12 и регуляторами давления 13, 14, 15, 16. Токсичные компоненты перед поступлением в газовый смеситель 29 последовательно проходят через клапаны подачи 17, 18, 19, 20, газовые расходомеры 21, 22, 23, 24 и регуляторы расхода 25, 26, 27, 28. Таким образом, в газовый смеситель 29 токсичные компоненты поступают уже в количестве, необходимом для получения смеси газов с требуемой концентрацией СО, СО, СН и NO.
Непосредственно после газового смесителя 29 располагается исследуемая на экспериментальном стенде система нейтрализации 32.
С помощью газоотборных трубок 34, расположенных после исследуемой системы нейтрализации 32, осуществляется отбор проб газа для замера уровня токсичных компонентов для определения степени очистки смеси газов от токсичных компонентов, которая обеспечивается исследуемой системой нейтрализации.
Датчик температуры 30 предназначен для контроля температуры газовой смеси перед ее поступлением в исследуемую систему нейтрализации.
Два датчика давления 31 и 33 необходимы для замера внутреннего гидравлического сопротивления как отдельных элементов системы нейтрализации, так всей системы в сборе.
-1
В таком экспериментальном стенде обеспечивается изменение газовой нагрузки в диапазоне от 30 до 200 тыс. час с возможностью нагрева воздуха до 500°С, используемого для приготовления газовой смеси, приближенной по химическому составу к отработавшим газам. Компоненты экспериментального стенда позволяют подавать воздух под давлением до 1200 мм вод. ст.