CN110308005A - 柴油机尾气颗粒物产生***及柴油机尾气颗粒物模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柴油机尾气颗粒物产生***，包括：柴油发电机，具有进气管路和排气管路；喷油正时调整模块，与柴油发电机相连接，用于调整柴油发电机的喷油正时；进气调节模块，与进气管路相连接，用于调节柴油发电机的进气；排气调节模块，与排气管路相连接，用于调节柴油发电机的排气；负载调节模块，与柴油发电机相连接，用于调节柴油发电机的负载。本发明的柴油机尾气颗粒物产生***可完全模拟目标柴油机的真实工作环境以确保其排放尾气与目标柴油机的排放尾气的组分和尾气颗粒物粒径分布一致，提高评估准确性；相较于实车评估，本发明可显著降低评估成本。本发明的评估方法操作简单，适用范围广，评估成本低，评估准确性大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及柴油发动机领域，特别是涉及一种柴油机尾气颗粒物产生***及柴油机尾气颗粒物模拟方法。
背景技术
包括车辆、船舶和农业机械、工程机械和港作机械在内的各类在用非道路移动柴油机械用发动机对国民经济发展的作用举足轻重。但是由于柴油机的直喷、压燃的工作原理导致以柴油机为动力的各类车辆、船舶在提供了强劲动力的同时也排放了大量的以颗粒物为首的各类污染物，加剧了我国的城市空气质量污染，严重危害国民身体健康。
近年来随着柴油机的三次技术飞跃，涡轮增压技术、缸内直喷技术和电控高压共轨技术的成熟和燃油品质的不断提升等措施的实施，我国的柴油机微粒的排放量持续降低。但是随着排放标准，比如PM2.5标准的日趋严格和新增对PN(颗粒物质量指标)的限值要求，必须对柴油机加装柴油颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter，柴油车尾气净化装置)等后处理装置才能满足排放标准的不断提升。
通常在一个型号的柴油车尾气净化装置投入大规模生产前，生产厂家会对其小样进行颗粒物数量PM、颗粒物质量PN减排效果和耐久性进行评估，评估合格后才会进行正式产品的设计和生产。与此同时为了评估在用柴油车尾气净化装置的减排性能也会从待检测柴油车尾气净化装置中切割出一块进行测试试验。
为了进行柴油车尾气净化装置小样的颗粒物减排效果的测试试验，需要有模拟的含有颗粒物的气体才能进行相应的评估试验。现有的评估试验方法包括实车实验法和采用锅炉燃烧器燃烧柴油以产生含有颗粒物的模拟尾气的方法，但这两种方法都存在严重的缺陷。比如采用实车试验所需的成本太高；而采用锅炉燃烧器的方法因锅炉燃烧器的燃烧模式、燃烧温度和压力等差异导致采用该方法产生的尾气与柴油机的实际排放尾气在组分和颗粒物粒径分布等方面存在较大差异，导致无法做出准确的评估。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柴油机尾气颗粒物产生***及柴油机尾气颗粒物模拟方法，用于解决现有技术中在评估柴油车尾气净化装置的颗粒物减排效果时存在的评估成本高，及/或评估不准确等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柴油机尾气颗粒物产生***，包括：柴油发电机，所述柴油发电机具有进气管路和排气管路；喷油正时调整模块，与所述柴油发电机相连接，用于调整所述柴油发电机的喷油正时，所述喷油正时调整模块具有多个调节档次；进气调节模块，与所述进气管路相连接，用于调节所述柴油发电机的进气；排气调节模块，与所述排气管路相连接，用于调节所述柴油发电机的排气；负载调节模块，与所述柴油发电机相连接，用于调节所述柴油发电机的负载。
可选地，所述柴油发电机的功率为3～10kW，所述喷油正时调整模块具有-20CA、-15CA、-10CA、-5CA和0CA等5个调节档次。
可选地，所述进气调节模块包括氧气供应单元、第一惰性气体供应单元及第一气压调节单元，所述氧气供应单元、第一惰性气体供应单元及第一气压调节单元均与所述进气管路相连接；所述氧气供应单元用于向所述进气管路中供应氧气；所述第一惰性气体供应单元用于根据需要向所述进气管路中供应惰性气体以改变所述进气管路中的氧气含量；所述第一气压调节单元用于根据需要调节所述进气管路中的气体压力以使所述进气管路的进气压力能确保所述柴油发电机在设计范围内运行。
可选地，所述氧气供应单元包括第一氧气传感器和氧气控制阀，所述第一氧气传感器用于检测所述进气管路中的氧气含量，所述氧气控制阀用于对所述进气管路中的氧气含量进行调节；所述第一惰性气体供应单元包括第一惰性气体管路和第一惰性气体控制阀，所述第一惰性气体管路与所述进气管路相连通，所述第一惰性气体控制阀用于调节第一惰性气体的供应量，以改变所述进气管路中的氧气含量；所述第一气压调节单元包括第一压力传感器和第一压力控制阀，所述第一压力传感器用于检测所述进气管路中的气体压力，所述第一压力控制阀用于调节所述进气管路中的气体压力。
可选地，所述氧气供应单元可将所述进气管路中的氧气含量调节至21％、19％、17％、15％和13％5个档次。
可选地，所述排气调节模块包括第二惰性气体供应单元和第二气压调节单元；所述第二惰性气体供应单元包括第二惰性气体管路和第二惰性气体控制阀，所述第二惰性气体管路与所述排气管路相连通，所述第二惰性气体控制阀用于调节第二惰性气体的供应量，以改变所述排气管路中的排气组分比；所述第二气压调节单元包括第二压力传感器和第二压力控制阀，所述第二压力传感器用于检测所述排气管路中的气体压力，所述第二压力控制阀用于调节所述排气管路中的气体压力以确保所述柴油发电机能正常工作。
可选地，所述排气调节模块还包括加热单元，所述加热单元与所述第二惰性气体管路相连接，所述加热单元包括加热器和温度测量仪，所述温度测量仪用于测量所述第二惰性气体管路内的第二惰性气体温度，所述加热器用于对所述第二惰性气体进行加热。
可选地，所述负载调节模块包括多个继电器及与多个所述继电器一一对应连接的多个负载单元，通过所述继电器的连通或断开以调节所述柴油发电机的负载。
可选地，所述负载调节模块可将所述柴油发电机的负载调节至20％、40％和60％、80％、100％5个档次。
可选地，所述柴油机尾气颗粒物产生***还包括中控器，所述中控器与所述进气调节模块、所述排气调节模块及所述负载调节模块相连接。
本发明还提供一种柴油机尾气颗粒物模拟方法，所述柴油机尾气颗粒物模拟方法包括步骤：
提供如前述任一方案中所述的柴油机尾气颗粒物产生***；
调整所述柴油机尾气颗粒物产生***的所述喷油正时调整模块、进气调节模块及负载调节模块中的任意一个或多个参数，测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据以建立所述柴油机尾气颗粒物产生***的尾气颗粒物特征数据库；
将所述尾气颗粒物特征数据库中的尾气颗粒物的粒径分布数据与目标尾气颗粒物的粒径分布数据相比较，以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据，从而得到所述柴油发电机的最佳运行参数。
可选地，所述喷油正时调整模块包括-20CA、-15CA、-10CA、-5CA和0CA5个调节档次；所述负载调节模块包括20％、40％、60％、80％和100％5个调节档次；所述进气调节模块包括21％、19％、17％、15％和13％5个调节档次；采用排列组合法对所述喷油正时调整模块、进气调节模块及负载调节模块进行调节，以获得125种不同方案下所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据。
可选地，采用EEPS3090粒径谱仪测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据，所述粒径分布数据包括颗粒物数量。
可选地，将所述尾气颗粒物特征数据库中的尾气颗粒物的粒径分布数据与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据相比较以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据的过程如下：
基于目标柴油机的原始排放参数确定所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据；
将所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据定义为数组Dt(PNt 01,PNt 02,…PNt k，其中，k代表粒径型号，PNt k代表所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据中对应该粒径型号的颗粒物数量)；将所述尾气颗粒物特征数据库中对应方案nnn的粒径分布数据定义为数组Dd(PNnnn 01,PNnnn 02,…PNk nnn,其中，PNk nnn代表所述尾气颗粒物特征数据库中对应该粒径型号的颗粒物数量，nnn为方案编号)，基于下列公式计算所述尾气颗粒物特征数据库中每次调整后的所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据的余弦值，
基于得到的多个所述余弦值确定最大的余弦值，最大的余弦值对应的方案中的参数即为所述柴油发电机的最佳运行参数。
可选地，所述柴油机尾气颗粒物模拟方法还包括在得到所述柴油发电机的最佳运行参数后依所述最佳运行参数运行所述柴油机尾气颗粒物产生***以进行校验的步骤。
如上所述，本发明的柴油机尾气颗粒物产生***及柴油机尾气颗粒物模拟方法，具有以下有益效果：本发明的柴油机尾气颗粒物产生***可完全模拟目标柴油机的真实工作环境以确保其排放尾气与目标柴油机的排放尾气的组分和尾气颗粒物粒径分布一致，从而为评估柴油车尾气净化装置的颗粒物减排效果提供最真实的情境以提高评估的准确性。此外，本申请可模拟多种功率/型号的柴油机的尾气排放，相较于实车评估，采用本申请的柴油机尾气颗粒物产生***产生尾气进行评估的方法可显著降低评估成本。本申请的柴油机尾气颗粒物模拟方法操作简单，适用范围广，评估成本低，评估准确性大大提高。
附图说明
图1显示为本发明实施例一的柴油机尾气颗粒物产生***的模块示意图。
图2显示为本发明实施例一的柴油机尾气颗粒物产生***的结构示意图。
图3显示为本发明实施例一的柴油机尾气颗粒物产生***的又一模块示意图。
图4显示为本发明实施例二的柴油机尾气颗粒物模拟方法的流程图。
元件标号说明
1 柴油发电机
11 进气管路
12 排气管路
2 喷油正时调整模块
3 进气调节模块
31 氧气供应单元
311 第一氧气传感器
312 氧气控制阀
32 第一惰性气体供应单元
321 第一惰性气体管路
322 第一惰性气体控制阀
33 第一气压调节单元
331 第一压力传感器
332 第一压力控制阀
4 排气调节模块
41 第二惰性气体供应单元
411 第二惰性气体管路
412 第二惰性气体控制阀
42 第二气压调节单元
421 第二压力传感器
422 第二压力控制阀
43 加热单元
431 加热器
432 温度测量仪
44 温度计
45 第二氧气传感器
5 负载调节模块
51 继电器
52 负载单元
61 惰性气体源
62 气泵
7 中控器
S01～S03 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种柴油机尾气颗粒物产生***，包括：柴油发电机1，所述柴油发电机1具有进气管路11和排气管路12；喷油正时调整模块2，与所述柴油发电机1相连接，用于调整所述柴油发电机1的喷油正时，所述喷油正时调整模块2具有多个调节档次；进气调节模块3，与所述进气管路11相连接，用于调节所述柴油发电机1的进气；排气调节模块4，与所述排气管路12相连接，用于调节所述柴油发电机1的排气；负载调节模块5，与所述柴油发电机1相连接，用于调节所述柴油发电机1的负载。本发明的柴油机尾气颗粒物产生***可完全模拟目标柴油机的真实工作环境以确保其排放尾气与目标柴油机的排放尾气的组分和尾气颗粒物粒径分布一致，从而为评估柴油车尾气净化装置的颗粒物减排效果提供最真实的情境以提高评估的准确性。此外，本申请可模拟多种功率的柴油机的尾气排放，相较于实车评估，采用本申请的柴油机尾气颗粒物产生***产生尾气进行评估的方法可显著降低评估成本。
理论上，本发明的柴油机尾气颗粒物产生***可模拟任何功率的柴油机的尾气排放，但如果柴油发电机1的功率过小，则调整柴油发电机1的进气和喷油正时等参数排放的尾气差异并不明显，可能影响评估效果；而如果柴油发电机1功率过大，则可能因尾气排放量太大造成严重污染，甚至可能造成人员伤害。当然最重要的，所述柴油发电机1的功率范围需至少覆盖目标柴油车/柴油发动机(柴油车即以柴油发动机驱动的车辆)的功率。发明人经多次试验分析并经验证发现，当所述柴油发电机1的功率为3～10kW时，采用本发明的柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气与目标柴油车的排放尾气的相似度可高达95％以上，因而可确保评估的准确性。
所述喷油正时调整模块2与目标柴油车的喷油正时一致。在一示例中，所述喷油正时调整模块2具有-20CA、-15CA、-10CA、-5CA和0CA5个调节档次。喷油正时的调节是通过改变喷油提前角实现的，均匀的喷油正时调整便于简化对所述柴油发电机1的喷油正时的调整。当然，在其他示例中，所述喷油正时调整模块2的调节档次可以为多于5个或少于5个，其调节方式也可以是非均匀调节，本实施例中不做严格限制。
图2示意了本发明的柴油机尾气颗粒物产生***的具体结构示意图。
如图2所示，作为示例，所述进气调节模块3包括氧气供应单元31、第一惰性气体供应单元32及第一气压调节单元33，所述氧气供应单元31、第一惰性气体供应单元32及第一气压调节单元33均与所述进气管路11相连接；所述氧气供应单元31用于向所述进气管路11中供应氧气；所述第一惰性气体供应单元32用于根据需要向所述进气管路11中供应惰性气体以改变所述进气管路11中的氧气含量；所述第一气压调节单元33用于根据需要调节所述进气管路11中的气体压力以使所述进气管路11的进气压力能确保所述柴油发电机1在设计范围内运行；所述氧气供应单元31通常包括连接含氧气体(更确切地说为助燃气体，通常为空气)的管路。
作为示例，所述氧气供应单元31包括第一氧气传感器311和氧气控制阀312，所述第一氧气传感器311用于检测所述进气管路11中的氧气含量，所述氧气控制阀312用于对所述进气管路11中的氧气含量进行调节；所述第一惰性气体供应单元32包括第一惰性气体管路321和第一惰性气体控制阀322，所述第一惰性气体管路321与所述进气管路11相连通，所述第一惰性气体控制阀322用于调节第一惰性气体的供应量，以改变所述进气管路11中的氧气含量，所述第一惰性气体管路321可连接至氮气或氩气等不助燃的惰性气体源61，且所述第一惰性气体管路321上可连接气泵62以提供动力；所述第一气压调节单元33包括第一压力传感器331和第一压力控制阀332，所述第一压力传感器331用于检测所述进气管路11中的气体压力，所述第一压力控制阀332用于调节所述进气管路11中的气体压力。所述第一压力传感器331可与所述第一压力控制阀332相连接，所述第一压力传感器331还可以与所述氧气控制阀312和/或所述第一惰性气体控制阀322相连接，以根据所述第一压力传感器331检测到的所述进气管路11中的气体压力对所述第一压力控制阀332、所述氧气控制阀312及所述第一惰性气体控制阀322中的一个或多个进行调节以确保所述进气管路11中的气体压力正常，从而确保所述柴油发电机1在其设计范围内正常运行。在其他示例中，所述氧气供应单元31、所述第一惰性气体供应单元32和所述进气管路11三者的相连通处也可以通过三通阀相连接而不必单独设置所述氧气控制阀312和所述第一惰性气体控制阀322，本实施例中不做严格限制。
所述氧气供应单元31可根据需要灵活调整所述进气管路11中的氧气含量，不同的氧气含量可使所述柴油发电机1内的燃油燃烧的剧烈程度发生改变而使排放尾气的成分发生变化，有利于进一步提高评估柴油车尾气净化装置的颗粒物减排效果的准确性。在一示例中，所述氧气供应单元31可将所述进气管路11中的氧气含量调节至21％、19％、17％、15％、13％5个档次。当然，在其他示例中，所述进气管路11中的氧气含量还可以设置为其他比例，各个比例可以不为等差排列，本实施例中不做严格限制，重要的是对应每种比例的氧气含量产生的尾气情况需准确测定并记录。
作为示例，所述排气调节模块4包括第二惰性气体供应单元41和第二气压调节单元42；所述第二惰性气体供应单元41包括第二惰性气体管路411和第二惰性气体控制阀412，所述第二惰性气体管路411与所述排气管路12相连通，所述第二惰性气体控制阀412用于调节第二惰性气体的供应量，以改变所述排气管路12中的排气组分比；所述第二气压调节单元42包括第二压力传感器421和第二压力控制阀422，所述第二压力传感器421用于检测所述排气管路12中的气体压力，所述第二压力控制阀422用于调节所述排气管路12中的气体压力以确保所述柴油发电机1能正常工作；所述第二惰性气体管路411可连接至氮气或氩气等不助燃的惰性气体源61，且所述第二惰性气体管路411上可连接气泵62以提供动力；所述第二压力传感器421可与所述第二压力控制阀422相连接，所述第二压力传感器421还可以与所述第二惰性气体控制阀412相连接，以根据所述第二压力传感器421检测到的所述排气管路12中的气体压力对所述第二压力控制阀422及所述第二惰性气体控制阀412中的一个或两个进行调节以确保所述排气管路12中的气体压力正常，从而确保所述柴油发电机1能正常工作。所述排气调节模块4还可以包括第二氧气传感器45，所述第二氧气传感器45位于所述排气管路12上，用于检测所述排气管路12中的氧气含量，所述第二氧气传感器45可与所述第二惰性气体供应单元41及/或所述第二气压调节单元42相连接，以根据所述第二氧气传感器45的检测结果控制第二惰性气体的供应及/或调节所述排气管路12中的气体压力。所述第一惰性供应单元32和所述第二惰性气体供应单元41可连接至相同或不同的惰性气体源61，优选连接至相同的惰性气体源以节约成本；所述第一氧气传感器311和所述第二氧气传感器45的型号优选相同；所述氧气控制阀312、所述第一惰性气体控制阀322、所述第一压力控制阀332、所述第二惰性气体控制阀412和所述第二压力控制阀422的型号可以相同或不同；所述第一压力传感器331和所述第二压力传感器421的型号优选相同。所述排气管路12上还可以设置温度计44以对所述排气管路12中的排气温度进行测量。需要说明的是，所述排气管路12可以是单个管路结构，也可以是包含多个相互连通的分支管路的结构，则在所述分支管路上可分别设置控制阀，以根据所述第二压力传感器421检测到的所述排气管路12的总压力，通过所述分支管路上的控制阀的打开或关闭对所述排气管路12的压力进行调节，本实施例中不做严格限制。
作为示例，所述排气调节模块4还包括加热单元43，所述加热单元43与所述第二惰性气体管路411相连接，所述加热单元43包括加热器431和温度测量仪432，所述温度测量仪432用于测量所述第二惰性气体管路411内的第二惰性气体温度，所述加热器431用于对所述第二惰性气体进行加热，以确保通入的第二惰性气体温度与排气温度一致而不至于产生凝结现象，通过改变排气温度和惰性气体稀释混合比例可对尾气中的颗粒物浓度进行微调。所述加热器431可以与所述温度测量仪432相连接，以根据所述温度测量仪432的测量结果启动对所述第二惰性气体的加热。所述加热器431可设置于所述第二惰性气体管路411的***，比如包裹住所述第二惰性气体管路411以对第二惰性气体进行加热，也可以位于所述第二惰性气体管路411内，具体可根据所述加热器431的结构而定；所述加热器431可以为含有水或空气等介质的加热装置，则所述加热器431优选位于所述第二惰性气体管路411的***；所述加热器431也可以为电阻加热装置，则所述加热器431可以位于所述第二惰性气体管路411的***或内部，本实施例中不做严格限制。在设置有所述加热器431的情况下，对所述排气管路12中的气体压力更需要实时进行检测以确保所述排气管路12中的气体压力正常。
所述负载调节模块5可根据需要对所述柴油发电机1的负载进行调节。在一示例中，所述负载调节模块5包括多个继电器51及与多个所述继电器51一一对应连接的多个负载单元52，通过所述继电器51的连通或断开以调节所述柴油发电机1的负载；多个所述负载单元52的功率优选完全一致，因而通过调节所述负载单元52的接入数量可以实现所述柴油发电机1的功率调节；比如，如果所述负载调节模块5包括5个继电器51及与5个所述继电器51一一对应连接的5个所述负载单元52，则通过所述继电器51的连接或断开，可将所述柴油发电机1的负载调节至20％(接入一个负载单元52)、40％(接入两个负载单元52)、60％(接入三个负载单元52)、80％(接入四个负载单元52)、100％5个档次(接入五个负载单元52)5个档次。当然，在其他示例中，所述负载调节模块5的调节档次还可以有更多个档次，或者所述负载调节模块5可包括单个功率可调节的负载单元52，通过对单个所述负载单元52的功率进行调节以调节所述柴油发动机的负载，本实施例中不做严格限制。所述负载单元52可以是诸如电灯等光电装置以将电能转换成光能，也可以是诸如电热水器等电热装置以将电能转换为热能，以减少电能浪费。
需要特别说明的是，各模块中的具体器件的连接顺序并不以图2中所示为限，比如图2中所述第二压力传感器421位于所述第二氧气传感器45远离所述柴油发电机1的一端，而实际上两者位置可互换，其他各模块的具体设置根据需要还可以灵活调整，具体不再一一展开。
图3示意了本发明的柴油机尾气颗粒物产生***的又一模块示意图。如图3所示，作为示例，所述柴油机尾气颗粒物产生***还包括中控器7，所述中控器7可以是电脑或单片机，所述中控器7与所述进气调节模块3、所述排气调节模块4及所述负载调节模块5相连接，比如所述进气调节模块3中的所述第一氧气传感器311、所述第一压力传感器331、所述氧气控制阀312、所述第一惰性气体控制阀322、所述第一压力控制阀332，以及所述排气调节模块4的所述第二氧气传感器45、所述第二压力传感器421、所述第二压力控制阀422、所述第二惰性气体控制阀412以及多个所述继电器51均与所述中控器7相连接，由所述中控器7根据需要，比如根据所述第一压力传感器331检测到的所述进气管路11中的气体压力对所述第一压力控制阀332、所述氧气控制阀312及所述第一惰性气体控制阀322中的一个或多个进行调节以确保所述进气管路11中的气体压力正常，及根据所述第二压力传感器421检测到的所述排气管路12中的气体压力对所述第二压力控制阀422及所述第二惰性气体控制阀412中的一个或两个进行调节以确保所述排气管路12中的气体压力正常，以及根据需要控制所述继电器51的连接或断开以对所述柴油发电机1的负载进行调节。且需要说明的是，由于所述中控器7通常是数字信号处理装置，因而如果所述进气调节模块3、所述排气调节模块4及所述负载调节模块5中包括模拟信号处理装置的话，比如如果所述第一压力传感器331测量产生的是模拟信号的话，则在所述第一压力传感器331和中控器7之间还可以设置模数转换器以将检测结果的模拟信号转换成数字信号，或者在所述进气调节模块3、所述排气调节模块4及所述负载调节模块5中都分别设置模数转换器，或者所述进气调节模块3、所述排气调节模块4和所述负载调节模块5中的两个或多个模块可通过同一个模数转换器连接至所述中控器7，或者在所述中控器7端设置模数转换器，本实施例中不做严格限制。当然，在其他示例中，也可以由工作人员手动控制，故所述中控器7并不是必要的，但利用所述中控器7可提高控制的准确性和提高工作效率。
作为示例，所述柴油机尾气颗粒物产生***还包括尾气处理装置(未图示)，所述尾气处理装置与所述排气管路相连接，以在需要时，比如在完成所需的检测后对所述排气管路中的尾气进行处理，以避免空气污染，所述尾气处理装置可以是水洗燃烧一体式尾气处理设备(Scrubber)。
本发明可模拟多种功率/型号的柴油机的尾气排放，可极大提高评估柴油车尾气净化装置的减排效果的准确性，降低评估成本。
实施例二
本发明还提供一种柴油机尾气颗粒物模拟方法，所述柴油机尾气颗粒物模拟方法基于实施例一的柴油机尾气颗粒物产生***而进行，故实施例一中对柴油机尾气颗粒物产生***的描述可全文引用至本实施例中，出于简洁的目的本实施例中对所述柴油机尾气颗粒物产生***不做赘述，具体请参考实施例一。
如图4所示，所述柴油机尾气颗粒物模拟方法包括步骤：
S01：提供如实施例一中任一方案所述的柴油机尾气颗粒物产生***；
S02：调整所述柴油机尾气颗粒物产生***的所述喷油正时调整模块2、进气调节模块3及负载调节模块5中的任意一个或多个参数，测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据以建立所述柴油机尾气颗粒物产生***的尾气颗粒物特征数据库，该数据库中记载了对应每次调整方案产生的尾气颗粒物的粒径分布数据(即由进气氧气含量/喷油提前角/负载这三个参数构成的运行方案下产生的多个粒径型号的颗粒物数量)；
S03：将所述尾气颗粒物特征数据库中的尾气颗粒物的粒径分布数据与目标尾气颗粒物的粒径分布数据相比较，以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据，从而得到所述柴油发电机的最佳运行参数，所述柴油发电机的最佳运行参数即为所述目标柴油车的最佳运行参数。
作为示例，所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据(该粒径分布数据代表尾气颗粒物的粒径分布情况，即将尾气颗粒物的粒径分布情况数值化，通常所述粒径分布数据包括颗粒物的粒径型号以及对应该粒径型号的颗粒物数量)由目标柴油车(柴油发动机)的排放标准而定，这些标准通常根据国家环境保护的相关要求而定。按之前的政策规定，重型柴油车国五排放标准于2017年7月1日起全面实施，轻型柴油车国五排放标准于2018年1月1日起全面实施，故根据目标柴油车(柴油发动机)的型号，比如根据目标柴油发动机的气缸数、冲程型式、气缸排列、缸径等参数，依据国家制定的排放标准即可确定所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据。
作为示例，所述喷油正时调整模块2包括-20CA、-15CA、-10CA、-5CA和0CA等5个调节档次；所述负载调节模块5包括20％、40％、60％、80％和100％等5个调节档次；所述进气调节模块3包括21％、19％、17％、15％和13％5个调节档次；采用排列组合法对所述喷油正时调整模块2、进气调节模块3及负载调节模块5进行调节，以获得125种不同方案下所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据。这个调节方式与目标柴油车的实际运行参数调节方式相同，因而按照该比例进行调节所获得的最佳运行方案可直接应用于目标柴油车的参数调节。当然，所述喷油正时调节模块2、所述负载调节模块5和所述进气调节模块3的调节档次还可以有其他设置以产生所需种类的尾气排放方案以为评估目标柴油车尾气净化装置的颗粒物减排效果提供最真实的情境以提高评估的准确性，本实施例中并不严格限定。根据所述柴油机尾气颗粒物产生***的具体结构不同，所述调整过程可由人工手动完成或通过所述中控器完成。
作为示例，本实施例中采用EEPS3090粒径谱仪测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的，通过所述排气管路12排出的尾气颗粒物的粒径分布数据，所述粒径分布数据包括颗粒物数量。EEPS3090粒径谱仪有22个电量检测器与32个数据通道提供精细的分辨率，检测速度快，能够提供颗粒物粒径分布的快速测定。当然，在其他示例中也可以采用其他装置检测尾气颗粒物的粒径分布数据，本实施例中不做严格限制。重要的是检测装置的检测指标需满足目标尾气颗粒物的粒径分布数据的检测要求。
作为示例，在测量尾气颗粒物的粒径分布数据的过程中，可以根据需要依所述第二氧气传感器45的检测结果调节所述第二惰性气体控制阀412以调节尾气中混入的第二惰性气体的含量来控制排气稀释比；还可根据所述第二压力传感器421的检测结果调节所述第二压力控制阀422以确保所述柴油发电机1的尾气能够顺利排出不影响所述柴油发电机1的正常工作；此外还可以根据所述温度计45和所述温度测量仪432的测量结果启动所述加热器431以确保通入的所述第二惰性气体温度与所述排气管路12中的排气温度一致而不至于产生凝结现象。
作为示例，将所述尾气颗粒物特征数据库中的尾气颗粒物的粒径分布数据与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据相比较以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据的过程如下：
基于目标柴油机的原始排放参数确定所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据；
将所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据定义为数组Dt(PNt 01,PNt 02,…PNt k，其中，k代表粒径型号，PNt k代表所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据中对应该粒径型号的颗粒物数量)；将所述尾气颗粒物特征数据库中对应方案nnn的粒径分布数据定义为数组Dd(PNnnn 01,PNnnn 02,…PNk nnn,其中，PNk nnn代表所述尾气颗粒物特征数据库中对应该粒径型号的颗粒物数量，nnn为方案编号)，基于下列公式计算所述尾气颗粒物特征数据库中每次调整后的所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据的余弦值，
基于得到的多个所述余弦值确定最大的余弦值，最大的余弦值对应的方案中的参数即为所述柴油发电机的最佳运行参数，该参数即为所述目标柴油车的最佳运行参数。
需要说明的是，本申请中采用EEPS3090粒径谱仪测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的、位于排气管路中的尾气颗粒物的粒径分布数据，而EEPS3090粒径谱仪有32个数据通道，即32个粒径型号；若采用其他类型的检测装置，则粒径型号的数量有可能不同，因而最终测量分析的数据量可能有差异。理论上粒径型号越多则最终的评估结果越准确，但具体的粒径型号设置需与目标市场的柴油机尾气排放标准相符合。
当然，在其他示例中，也可以基于皮尔逊相关系数法或闵可夫斯基距离等相似度度量方法以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据；或者还可以通过计算平均值和方差等方法进行比较以确定最接近的粒径分布数据，甚至可以基于当前的大数据算法确定，本实施例中并不严格限制。为提高评估准确性，理论上取样数据越多越好，即所述步骤S02中包含的调整次数越多越好，但实际的调整次数还需要根据目标柴油机的型号，比如喷油正时提前角的可调范围和负载可调范围等参数而定。
作为示例，所述柴油机尾气颗粒物模拟方法还包括在得到所述柴油发电机的最佳运行参数后依所述最佳运行参数运行所述柴油机尾气颗粒物产生***以进行校验的步骤。比如根据确定的柴油发动机的最佳运行参数运行所述柴油发电机，实时测量模拟尾气颗粒物的粒径分布，首先微调所述排气管路中的所述第二惰性气体比例使得所述排气管路中的排气的颗粒物质量、数量与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据进一步接近，然后对所述喷油正时调整模块进行微调来获得更为接近目标的粒径分布数据。当然，该模拟方法和校验方法仅是示意性的，根据所述柴油机尾气颗粒物产生***的具体结构不同还可以有其他方法，本实施例中不做严格限制。
综上所述，本发明提供一种柴油机尾气颗粒物产生***，包括：柴油发电机，所述柴油发电机具有进气管路和排气管路；喷油正时调整模块，与所述柴油发电机相连接，用于调整所述柴油发电机的喷油正时，所述喷油正时调整模块具有多个调节档次；进气调节模块，与所述进气管路相连接，用于调节所述柴油发电机的进气；排气调节模块，与所述排气管路相连接，用于调节所述柴油发电机的排气；负载调节模块，与所述柴油发电机相连接，用于调节所述柴油发电机的负载。本发明的柴油机尾气颗粒物产生***可完全模拟目标柴油机的真实工作环境以确保其排放尾气与目标柴油机的排放尾气的组分和尾气颗粒物粒径分布一致，从而为评估柴油车尾气净化装置的颗粒物减排效果提供最真实的情境以提高评估的准确性。此外，本申请可模拟多种功率/型号的柴油机的尾气排放，相较于实车评估，采用本申请的柴油机尾气颗粒物产生***产生尾气进行评估的方法可显著降低评估成本。本申请的柴油机尾气颗粒物模拟方法操作简单，适用范围广，评估成本低，评估准确性大大提高。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (15)
1.一种柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于，包括：
柴油发电机，所述柴油发电机具有进气管路和排气管路；
喷油正时调整模块，与所述柴油发电机相连接，用于调整所述柴油发电机的喷油正时，所述喷油正时调整模块具有多个调节档次；
进气调节模块，与所述进气管路相连接，用于调节所述柴油发电机的进气；
排气调节模块，与所述排气管路相连接，用于调节所述柴油发电机的排气；
负载调节模块，与所述柴油发电机相连接，用于调节所述柴油发电机的负载。
2.根据权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述柴油发电机的功率为3～10kW，所述喷油正时调整模块具有-20CA、-15CA、-10CA、-5CA和0CA5个调节档次。
3.根据权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述进气调节模块包括氧气供应单元、第一惰性气体供应单元及第一气压调节单元，所述氧气供应单元、第一惰性气体供应单元及第一气压调节单元均与所述进气管路相连接；所述氧气供应单元用于向所述进气管路中供应氧气；所述第一惰性气体供应单元用于根据需要向所述进气管路中供应惰性气体以改变所述进气管路中的氧气含量；所述第一气压调节单元用于根据需要调节所述进气管路中的气体压力以使所述进气管路的进气压力能确保所述柴油发电机在设计范围内运行。
4.根据权利要求3所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述氧气供应单元包括第一氧气传感器和氧气控制阀，所述第一氧气传感器用于检测所述进气管路中的氧气含量，所述氧气控制阀用于对所述进气管路中的氧气含量进行调节；所述第一惰性气体供应单元包括第一惰性气体管路和第一惰性气体控制阀，所述第一惰性气体管路与所述进气管路相连通，所述第一惰性气体控制阀用于调节第一惰性气体的供应量，以改变所述进气管路中的氧气含量；所述第一气压调节单元包括第一压力传感器和第一压力控制阀，所述第一压力传感器用于检测所述进气管路中的气体压力，所述第一压力控制阀用于调节所述进气管路中的气体压力。
5.根据权利要求4所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述氧气供应单元可将所述进气管路中的氧气含量调节至21％、19％、17％、15％和13％5个档次。
6.根据权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述排气调节模块包括第二惰性气体供应单元和第二气压调节单元；所述第二惰性气体供应单元包括第二惰性气体管路和第二惰性气体控制阀，所述第二惰性气体管路与所述排气管路相连通，所述第二惰性气体控制阀用于调节第二惰性气体的供应量，以改变所述排气管路中的排气组分比；所述第二气压调节单元包括第二压力传感器和第二压力控制阀，所述第二压力传感器用于检测所述排气管路中的气体压力，所述第二压力控制阀用于调节所述排气管路中的气体压力以确保所述柴油发电机能正常工作。
7.根据权利要求6所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述排气调节模块还包括加热单元，所述加热单元与所述第二惰性气体管路相连接，所述加热单元包括加热器和温度测量仪，所述温度测量仪用于测量所述第二惰性气体管路内的第二惰性气体温度，所述加热器用于对所述第二惰性气体进行加热。
8.根据权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述负载调节模块包括多个继电器及与多个所述继电器一一对应连接的多个负载单元，通过所述继电器的连通或断开以调节所述柴油发电机的负载。
9.根据权利要求1所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述负载调节模块可将所述柴油发电机的负载调节至20％、40％、60％、80％、100％5个档次。
10.根据权利要求1至9任一项所述的柴油机尾气颗粒物产生***，其特征在于：所述柴油机尾气颗粒物产生***还包括中控器，所述中控器与所述进气调节模块、所述排气调节模块及所述负载调节模块相连接。
11.一种柴油机尾气颗粒物模拟方法，其特征在于，所述柴油机尾气颗粒物模拟方法包括步骤：
提供如权利要求1至10任一项所述的柴油机尾气颗粒物产生***；
调整所述柴油机尾气颗粒物产生***的所述喷油正时调整模块、进气调节模块及负载调节模块中的任意一个或多个参数，测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据以建立所述柴油机尾气颗粒物产生***的尾气颗粒物特征数据库；
将所述尾气颗粒物特征数据库中的尾气颗粒物的粒径分布数据与目标尾气颗粒物的粒径分布数据相比较，以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据，从而得到所述柴油发电机的最佳运行参数。
12.根据权利要求11所述的柴油机尾气颗粒物模拟方法，其特征在于：所述喷油正时调整模块包括-20CA、-15CA、-10CA、-5CA和0CA5个调节档次；所述负载调节模块包括20％、40％、60％、80％和100％5个调节档次；所述进气调节模块包括21％、19％、17％、15％和13％5个调节档次；采用排列组合法对所述喷油正时调整模块、进气调节模块及负载调节模块进行调节，以获得125种不同方案下所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据。
13.根据权利要求11所述的柴油机尾气颗粒物模拟方法，其特征在于：采用EEPS3090粒径谱仪测量每次调整后所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据，所述粒径分布数据包括颗粒物数量。
14.根据权利要求11所述的柴油机尾气颗粒物模拟方法，其特征在于，将所述尾气颗粒物特征数据库中的尾气颗粒物的粒径分布数据与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据相比较以确定所述尾气颗粒物特征数据库中与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据最接近的尾气颗粒物的粒径分布数据的过程如下：
基于目标柴油机的原始排放参数确定所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据；
将所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据定义为数组Dt(PNt 01,PNt 02,…PNt k，其中，k代表粒径型号，PNt k代表所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据中对应该粒径型号的颗粒物数量)；将所述尾气颗粒物特征数据库中对应方案nnn的粒径分布数据定义为数组Dd(PNnnn 01,PNnnn 02,…PNk nnn,其中，PNk nnn代表所述尾气颗粒物特征数据库中对应该粒径型号的颗粒物数量，nnn为方案编号)，基于下列公式计算所述尾气颗粒物特征数据库中每次调整后的所述柴油机尾气颗粒物产生***产生的尾气颗粒物的粒径分布数据与所述目标尾气颗粒物的粒径分布数据的余弦值，
基于得到的多个所述余弦值确定最大的余弦值，最大的余弦值对应的方案中的参数即为所述柴油发电机的最佳运行参数。
15.根据权利要求11至14任一项所述的柴油机尾气颗粒物模拟方法，其特征在于：所述柴油机尾气颗粒物模拟方法还包括在得到所述柴油发电机的最佳运行参数后依所述最佳运行参数运行所述柴油机尾气颗粒物产生***以进行校验的步骤。
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