[发明专利]可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统及控制方法

权利要求书

1.一种可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统，包括位移台和固定平台，其特征在于：

该燃烧系统还包括第一麦肯纳扩散燃烧器、第二麦肯纳扩散燃烧器、粒径谱仪、第一恒温水箱、第二恒温水箱、真空泵、取样器、不锈钢探针、液体燃料蒸发器、控制器和电脑控制系统；所述第一麦肯纳扩散燃烧器设置在所述固定平台上，所述第二麦肯纳扩散燃烧器设置在所述位移台上，所述位移台由两个步进电机控制，两个步进电机与所述电脑控制系统相连，从而实现第二麦肯纳扩散燃烧器沿不锈钢探针的轴向和垂直的方向移动；

所述第一麦肯纳扩散燃烧器包括与圆柱主体同轴设置的中心钢管A(11)，所述中心钢管A(11)的内径为6.75mm，所述中心钢管A(11)的壁厚为0.5mm；所述中心钢管A(11)上自内向外依次紧密的套装有具有多个进气孔隙的金属烧结板A(12)、圆筒形隔腔板(13)及具有多个进气孔隙的金属烧结板B(14),所述金属烧结板A(12)的外径为69mm，所述金属烧结板B(14)的外径为85mm，所述金属烧结板A(12)内嵌装有冷却盘管A(15)，所述金属烧结板B(14)的外端面为内凹形的锥面(16)，所述锥面(16)的锥角为170°；

所述第一麦肯纳扩散燃烧器的上方设有碳烟收集罩；所述中心钢管A(11)的进气口通过燃料管路连接至丙烷气源，所述金属烧结板A(12)的多个进气孔隙通过空气管路连接至空气源，所述金属烧结板B(14)的多个进气孔隙通过氦气管路连接至氦气源；所述冷却盘管A(15)连接至所述第一恒温水箱；

所述第二麦肯纳扩散燃烧器包括与圆柱主体同轴设置的中心钢管B(21)，所述中心钢管B(21)的内径为3.8mm，所述中心钢管B(21)的壁厚为0.6mm；所述中心钢管B(21)上紧密的套装有具有多个进气孔隙的金属烧结板C(22)，所述金属烧结板C(22)的外径为60mm，所述金属烧结板C(22)内嵌装有冷却盘管B(23)；所述中心钢管B(21)的进气口通过包裹有加热带的管道与所述液体燃料蒸发器的燃料出口相连通，与所述加热带的导线并联有电压调节器，通过电压的调节来实现加热带温度的改变；所述金属烧结板C(22)的多个进气孔隙均连接至一进气总管路，所述进气总管路的另一端分为A、B两路，其中，A路连接至空气源，B路通过一三通阀连接至所述碳烟收集罩的出口，所述三通阀还与所述粒径谱仪连接；所述冷却盘管B(23)连接至所述第二恒温水箱；

所述液体燃料蒸发器包括电加热丝、气体进样口(31)和液体进样口(32)，所述气体进样口(31)通过气路连接至氮气源，所述氮气源还与一液体燃料罐的进口相连，所述气路上设有氮气流量计；所述液体燃料罐的出口通过C路连接至所述液体进样口，所述C路上、自所述液体燃料罐的出口至所述液体燃料蒸发器的液体进样口依次设有过滤器和液体流量计；所述电加热丝、氮气流量计和液体流量计均连接至液体燃料蒸发器的控制器；

所述不锈钢探针布置在所述第二麦肯纳扩散燃烧器的正上方；所述的不锈钢探针的一端通过液氮管路连接至液氮源；所述不锈钢探针的另一端与所述取样器的进气口相连，所述取样器的出气口通过管路与所述真空泵的进口端相连；所述真空泵与所述电脑控制系统相连；

所述燃料管路、空气管路、氦气管路、A路、液氮管路上均分别设有与所述电脑控制系统相连的流量计；

所述电脑控制系统用于控制进入所述第一麦肯纳扩散燃烧器、第二麦肯纳扩散燃烧器、不锈钢探针中的不同气体的流量和所述真空泵的开度以及燃烧火焰的位置。

2.根据权利要求1所述可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统，其特征在于：所述不锈钢探针材质为439不锈钢，其直径为3.175mm,壁厚为0.125mm,在不锈钢探针中端上的取样微孔的直径为0.148mm。

3.根据权利要求1所述可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统，其特征在于：所述取样器包括管道(41)和设置在管道(41)的进气口(42)和出气口(43)的转换接头(44)，所述管道(41)包括同轴相连的第一钢管(45)和第二钢管(46)，所述第一钢管(45)和第二钢管(46)之间设有两片耐高温密封垫片(47、48)，两片耐高温密封垫片(47、48)之间、自管道的进气口(42)至管道的出气口(43)夹紧有取样滤膜(49)和具有多孔的滤膜支撑片(50)。

4.一种可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统，空气源存储于两个空气气瓶中，氮气源存储于氮气气瓶，氦气源存储于氦气气瓶中，液氮源存储于液氮瓶中，该控制方法包括以下步骤：

步骤一、设定工况，至少包括设定：各流量计的流速、气源的压力、液体燃料和气体燃料的种类、加热带和液体燃料蒸发器的温度、不锈钢探针在火焰中的取样高度、第一恒温水箱和第二恒温水箱的温度；其中，液体燃料采用国五柴油，气体燃料采用丙烷，丙烷气源存储于丙烷燃料气瓶中；并通过调节所述位移台的位置使第二麦肯纳扩散燃烧器的火焰中心的水平投影与不锈钢探针上的取样微孔的水平投影重合；

步骤二、在取样器内装好取样滤膜，打开空气气瓶、氮气气瓶、液氮阀门和液体燃料蒸发器；

步骤三、点燃第二麦肯纳扩散燃烧器的燃烧气体；待燃烧气体稳定后，打开真空泵开关，在真空泵形成的压差作用下，使得第二麦肯纳扩散燃烧器火焰中的碳烟颗粒吸附在取样滤膜上，完成一次碳烟颗粒的取样过程，每次取样时间为5min；

步骤四、当到达取样时间后，关闭各流量计和真空泵及液体燃料蒸发器，结束取样；打开取样器取出吸附有碳烟颗粒的取样滤膜，放在一培养皿中；每完成一次碳烟颗粒取样过程后，调整位移台高度，打开各流量计和真空泵及液体燃料蒸发器，重复步骤三实现在不同火焰高度取样，

步骤五、从而获得一组碳烟颗粒，记为A组碳烟颗粒；

步骤六、打开氦气气瓶、丙烷燃料气瓶和空气气瓶，点燃第一麦肯纳扩散燃烧器；待丙烷燃料气体稳定后，控制所述B路上的三通阀，将碳烟收集罩的出口端与粒径谱仪导通，当碳烟颗粒的粒径分布与柴油尾气碳烟粒径分布的相差≤±10％时，控制三通阀，将碳烟收集罩的出口端与所述第二麦肯纳扩散燃烧器的进气总管导通，重复步骤三和步骤四，从而获得另一组碳烟颗粒，记为B组碳烟颗粒；

步骤七、对A组碳烟颗粒和B组碳烟颗粒分别进行理化特性分析，包括X射线光电子能谱分析、傅里叶变换红外分析、热重分析和拉曼分析；

步骤八、分别将A组碳烟颗粒和B组碳烟颗粒中，在同一火焰高度下的碳烟颗粒的上述理化特性进行对比分析，从而模拟得出发动机后喷策略对发动机主喷生成碳烟颗粒的理化特性的影响。