本发明公开了一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，包括：高压腔、扩散燃烧器、位移台、电子点火器、电子压力控制阀、手动安全阀、压力表、微型探针、离子分子反应质谱仪、真空泵、电脑控制系统、气溶胶发生器、流量计，所述电子压力控制阀和电子点火器设置在高压腔顶部，所述位移台通过夹持装置安装有扩散燃烧器，所述微型探针通过两通阀门与连接离子分子反应质谱仪的管路相连；所述流量计通过管路与阀门、气瓶及燃烧器进口相连；所述电脑控制系统与离子分子反应质谱仪、流量计和位移台相连。该系统通过将二氧化碳与气溶胶通入扩散燃烧器的方法模拟柴油机废气再循环，并可在高压环境下研究废气再循环对有害气体的影响。
1.一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，其特征在于：包括高压腔(4)，所述高压腔(4)的顶部设有电子压力控制阀(1)和电子点火器(2)，所述高压腔(4)的一面侧壁上设有位移台(26)，所述位移台(26)上通过一夹持装置(23)安装有扩散燃烧器(22)，所述扩散燃烧器(22)的中心位置与所述电子点火器(2)基本对正；所述高压腔(4)的另一侧壁上设有用于通过微型探针(7)的通孔；所述高压腔(4)与一真空泵(24)连通，所述高压腔(4)设有压力表(3)和安全阀(27),所述高压腔(4)的侧壁上设有用于观察火焰的视窗(25)；
所述高压腔(4)外设有离子分子反应质谱仪(6)，所述微型探针(7)的尾部与两通阀(5)连接，所述两通阀(5)的另一端连接与所述离子分子反应质谱仪(6)相连的管路；
位于所述扩散燃烧器(22)底部设有燃料进口、氧化剂进口和保护气体进口；所述燃料进口与高压腔(4)外部的气溶胶发生器(21)的出口相连，所述气溶胶发生器(21)的出口处还通过连接管线连接至乙烯气瓶(11)；所述气溶胶发生器(21)的进口通过连接管线连接至二氧化碳气瓶(10)；所述氧化剂进口通过连接管线连接至高压腔(4)外部的氧气气瓶(9)；
所述保护气体进口通过连接管线连接至高压腔(4)外部的氮气气瓶(12)；所述的连接管线上均分别设有流量计和手动高压阀门；
所述位移台(26)、离子分子反应质谱仪(6)、所有的流量计均与电脑控制系统(8)相连。
2.根据权利要求1所述模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，其特征在于：所述高压腔(4)是不锈钢箱型腔体，外形尺寸为350*350*400mm，壁面厚度为20mm。
3.根据权利要求1所述模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，其特征在于：所述扩散燃烧器(22)包括自内向外同轴设置的中心燃料管、氧化剂腔和保护气腔，所述中心燃料管的外径为3mm，所述氧化剂腔的外径为60mm，所述保护气腔的外径为70mm。
4.根据权利要求1所述模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，其特征在于：所述微型探针(7)布置在所述扩散燃烧器(22)的正上方，所述微型探针(7)为316不锈钢材质，所述微型探针(7)的端部为锥角为21°的锥形尖端，位于该锥形尖端处的孔径为0.15mm，所述微型探针(7)与所述高压腔(4)侧壁上通孔之间利用金属弹性环进行密封；所述微型探针(7)内装有石英玻璃棉用于过滤废气中的碳烟。
5.根据权利要求1所述模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，其特征在于：所述电子压力控制阀(1)包括阀体(33)、压力传感器(34)和压力控制仪(32)，所述阀体(33)内设有阀芯(35)，所述压力传感器(34)用于获取高压腔(4)内的压力，所述压力控制仪(32)用于调整所述阀芯(35)的位置，从而实现对高压腔(4)内部压力的准确控制。
6.一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，并包括以下步骤：步骤一、首先利用真空泵(24)对高压腔(4)抽真空，将所述高压腔(4)内的空气抽出，并通过压力表(3)确定所述高压腔(4)的密封性；
步骤二、手动打开控制氮气气瓶(12)、氧气气瓶(9)、乙烯气瓶(11)和二氧化碳气瓶(10)的手动高压阀门，在电脑控制系统(8)中设定氮气、氧气、乙烯和二氧化碳的流量；打开气溶胶发生器(21)，设定气溶胶的发尘量；然后，打开电子点火器(2)开关点燃可燃气体；打开电子压力控制阀(1)，设定高压腔(4)的初始压力值；通过电脑控制系统(8)调节位移台(26)带动扩散燃烧器(22)移动到一初始高度；打开离子分子反应质谱仪(6)，对所要检测的小分子碳氢化合物、氮氧化物及非常规排放物进行标定；
步骤三、打开设置在所述微型探针(7)尾部与所述离子分子反应质谱仪(6)相连的连接管路上的两通阀(5)，使废气通入所述离子分子反应质谱仪(6)，所述离子分子反应质谱仪(6)检测到的废气质谱图呈现在电脑控制系统(8)中，通过所述电脑控制系统(8)分析得到对应废气成分的成分和浓度；结束该次废气成分的检测，关闭所述两通阀；
步骤四、通过电脑控制系统调整火焰的位置，使微型探针处于不同的火焰高度，待火焰稳定后，重复步骤三，从而完成不同火焰高度时废气成分的检测；
步骤五、增加气溶胶发生器(21)的发尘量及在电脑控制系统(8)中增大二氧化碳的气体流量，然后，重复步骤三和步骤四，对不同废气再循环率下的废气进行实时在线取样检测，最终确定是热特性还是化学特性对有害气体影响作用大，为大气有害物质的防治提供理论依据。
一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种模拟柴油机废气再循环的实验装置，尤其还涉及一种利用该实验装置检测废气的方法。
背景技术
[0002] 废气再循环是发动机中降低NOx排放的重要手段之一，在排放法规变得更加严格的今天，越来越受到人们的高度重视。虽然废气再循环可以有效降低NOx排放，但同时也会对其他的排放污染物(如碳氢化合物)产生影响，而不管是哪种排放污染物对于环境和人类健康都具有很大的危害性，所以有必要研究废气再循环对不同有害排放物的影响。
[0003] 而发动机的工作状况十分复杂，不利于研究单一变量对其影响，因此我们建立一套高压扩散火焰来近似模拟柴油发动机废气再循环对尾气中有害排气物的影响。探明废气再循环的实际效果与引起的问题，为今后采用废气再循环技术和最佳废气循环量提供理论依据。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种利用实验室扩散火焰模拟高压环境下柴油机废气再循环的实验装置并提供一种利用该装置检测燃烧废气的方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，包括高压腔，所述高压腔的顶部设有电子压力控制阀和电子点火器，所述高压腔的一面侧壁上设有位移台，所述位移台上通过一夹持装置安装有扩散燃烧器，所述扩散燃烧器的中心位置与所述电子点火器基本对正；所述高压腔的另一侧壁上设有用于通过微型探针的通孔；所述高压腔与一真空泵连通，所述高压腔设有压力表和安全阀,所述高压腔的侧壁上设有用于观察火焰的视窗；所述高压腔外设有离子分子反应质谱仪，所述微型探针的尾部与两通阀连接，所述两通阀的另一端连接与所述离子分子反应质谱仪相连的管路；位于所述扩散燃烧器底部设有燃料进口、氧化剂进口和保护气体进口；所述燃料进口与高压腔外部的气溶胶发生器的出口相连，所述气溶胶发生器的出口处还通过连接管线连接至乙烯气瓶；所述气溶胶发生器的进口通过连接管线连接至二氧化碳气瓶；所述氧化剂进口通过连接管线连接至高压腔外部的氧气气瓶；所述保护气体进口通过连接管线连接至高压腔外部的氮气气瓶；上述所述的连接管线上均分别设有流量计和手动高压阀门；所述位移台、离子分子反应质谱仪、所有的流量计均与电脑控制系统相连。
[0006] 进一步讲，本发明中，所述高压腔是不锈钢箱型腔体，外形尺寸为350*350*400mm，壁面厚度为20mm。所述扩散燃烧器包括自内向外同轴设置的中心燃料管、氧化剂腔和保护气腔，所述中心燃料管的外径为3mm，所述氧化剂腔的外径为60mm，所述保护气腔的外径为70mm。
[0007] 所述微型探针布置在所述扩散燃烧器的正上方，所述微型探针为316不锈钢材质，所述微型探针的端部为锥角为21°的锥形尖端，位于该锥形尖端处的孔径为0.15mm，所述微型探针与所述高压腔侧壁上通孔之间利用金属弹性环进行密封；所述微型探针内装有石英玻璃棉用于过滤废气中的碳烟。
[0008] 所述电子压力控制阀包括阀体、压力传感器和压力控制仪，所述阀体内设有阀芯，所述压力传感器用于获取高压腔内的压力，所述压力控制仪用于调整所述阀芯的位置，从而实现对高压腔内部压力的准确控制。
[0009] 利用上述模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置实现模拟的方法，步骤如下：
[0010] 步骤一、首先利用真空泵对高压腔抽真空，将所述高压腔内的空气抽出，并通过压力表确定所述高压腔的密封性；
[0011] 步骤二、手动打开控制氮气气瓶、氧气气瓶、乙烯气瓶和二氧化碳气瓶的手动高压阀门，在电脑控制系统中设定氮气、氧气、乙烯和二氧化碳的流量；打开气溶胶发生器，设定气溶胶的发尘量；然后，打开电子点火器开关点燃可燃气体；打开电子压力控制阀，设定高压腔的初始压力值；通过电脑控制系统调节位移台带动扩散燃烧器移动到一初始高度；打开离子分子反应质谱仪，对所要检测的小分子碳氢化合物、氮氧化物及非常规排放物进行标定；
[0012] 步骤三、打开设置在所述微型探针尾部与所述离子分子反应质谱仪相连的连接管路上的两通阀，使废气通入所述离子分子反应质谱仪，所述离子分子反应质谱仪检测到的废气质谱图呈现在电脑控制系统中，通过所述电脑控制系统分析得到对应废气成分的成分和浓度；结束该次废气成分的检测，关闭所述两通阀；
[0013] 步骤四、通过电脑控制系统调整火焰的位置，使微型探针处于不同的火焰高度，待火焰稳定后，重复步骤三，从而完成不同火焰高度时废气成分的检测；
[0014] 步骤五、增加气溶胶发生器的发尘量及在电脑控制系统中增大二氧化碳的气体流量，然后，重复步骤三和步骤四，对不同废气再循环率下的废气进行实时在线取样检测，最终确定是热特性还是化学特性对有害气体影响作用大，为大气有害物质的防治提供理论依据。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016] (1)由于本发明中设置有高压腔，因此可以实现在高压环境下模拟柴油机废气再循环；
[0017] (2)本发明中将CO2与气溶胶混合后作为废气(既有气体又有颗粒物)，可以更逼真的模拟柴油机废气再循环；
[0018] (3)本发明中的环境压力由一电子压力控制阀控制，可以精确地控制燃烧环境压力，通过CO2流量计和气溶胶发生器可以精确的控制废气再循环率，因此本发明中的实验装置可控性强；
[0019] (4)本发明中的方法可以研究废气成分和浓度随废气再循环率的演变规律；
[0020] (5)本发明的离子分子反应质谱仪可以同时检测废气中的碳氢化合物和氮氧化物等成分及对应的浓度；
[0021] (6)本发明中设置有手动安全阀和压力表，因此研究系统安全性高。
附图说明
[0022] 图1为本发明一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置图；
[0023] 图2为本发明中位移台和夹持装置的主视图；
[0024] 图3为本发明中电子压力调节阀的工作原理图
[0025] 图4为本发明中电子压力调节阀的结构示意图。
[0026] 图中：1-电子压力控制阀，2-电子点火器，3-压力表，4-高压腔，5-两通阀，6-离子分子反应质谱仪，7-微型探针，8--电脑控制系统，9-氧气气瓶，10-二氧化碳气瓶，11-乙烯气瓶，12-氮气气瓶，13,14,15,16-阀门，17-氧气流量计，18-氮气流量计，19-乙烯流量计，20-二氧化碳流量计，21-气溶胶发生器，22-扩散燃烧器，23-夹持装置，24-真空泵，25-石英玻璃窗口，26-位移台，27-手动安全阀，28-步进电机，29-线性导轨，30-台面，31-滚珠螺杆,
32压力控制仪，33-压力调节阀体，34-压力传感器，35-阀芯。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
[0028] 如图1所示，本发明提出的一种模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的装置，包括高压腔4，所述高压腔4的顶部设有电子压力控制阀1和电子点火器2，所述高压腔4的一面侧壁上设有位移台26，所述高压腔4的另一侧壁上设有用于通过微型探针7的通孔；所述高压腔4与一真空泵24连通，所述高压腔4设有压力表3和安全阀27。
[0029] 所述高压腔4的侧壁上设有视窗25，所述视窗25用来观测高压腔内扩散火焰的稳定性和形貌，所述视窗25可以是石英玻璃窗口，长为25mm，宽为30mm。
[0030] 本实施例中，所述高压腔4是不锈钢箱型腔体，外形尺寸为350*350*400mm，壁面厚度为20mm，所述高压腔4的压力最高为9MPa，但由于压力过高扩散火焰不稳定，本实施例中所选的高压腔4内的压力为3.8MPa，通过电子压力控制阀1可以实现对腔内压力的自动调节，所述的安全阀27可以进一步保证所述高压腔4的安全性；
[0031] 所述扩散燃烧器22包括自内向外同轴设置的中心燃料管、氧化剂腔和保护气腔，所述中心燃料管的外径为3mm，所述氧化剂腔的外径为60mm，所述保护气腔的外径为70mm，所述扩散燃烧器22形成的扩散火焰可以模拟发动机的扩散燃烧过程。
[0032] 所述的位移台26通过螺钉与高压腔壁面固定连接，所述位移台26上通过一夹持装置23安装有扩散燃烧器22，所述位移台26和扩散燃烧器22集成在高压腔4的内部。所述位移台26的结构如图1和图2所示，所述位移台26包括步进电机28、线性导轨29、台面30和滚珠螺杆31，所述步进电机28通过输出轴与滚珠螺杆31相连，所述台面30的两端松套在线性导轨29上，中部通过螺纹与滚珠螺杆31配合，步进电机28带动滚珠螺杆31转动，进而实现台面30沿着线性导轨29的纵向移动，台面30移动进而实现扩散燃烧器22的移动，所述的步进电机
28与电脑控制系统8相连，通过电脑控制系统8可以实现对扩散燃烧器22位移的精确控制，进而实现对不同火焰高度的废气进行取样，实现对高压环境下废气的研究；所述位移台的台面30与夹持装置23一端通过螺钉固定，夹持装置23另一端是开口的空心圆柱，将扩散燃烧器22套装在空心圆柱内，通过蝶形螺钉将空心圆柱开口部分夹紧，从而实现对扩散燃烧器22的夹持。
[0033] 所述高压腔4外设有离子分子反应质谱仪6，所述微型探针7的尾部与两通阀5连接，所述两通阀5的另一端连接与所述离子分子反应质谱仪6相连的管路。所述微型探针7布置在所述扩散燃烧器22的正上方，所述微型探针7为316不锈钢材质，所述微型探针7的端部为锥角为21°的锥形尖端，位于该锥形尖端处的孔径为0.15mm，所述微型探针7与所述高压腔4侧壁上通孔之间利用金属弹性环进行密封；所述微型探针7内装有石英玻璃棉用于过滤废气中的碳烟。位于所述扩散燃烧器22底部设有燃料进口、氧化剂进口和保护气体进口；所述燃料进口与高压腔4外部的气溶胶发生器21的出口相连，所述气溶胶发生器21的出口处还通过连接管线连接至乙烯气瓶11；所述气溶胶发生器21的进口通过连接管线连接至二氧化碳气瓶10；所述氧化剂进口通过连接管线连接至高压腔4外部的氧气气瓶9；所述保护气体进口通过连接管线连接至高压腔4外部的氮气气瓶12；上述所述的连接管线上均分别设有流量计和手动高压阀门；本发明中，所有的流量计均与电脑控制系统8相连。
[0034] 如图3和图4所示，所述电子压力控制阀1包括阀体33、压力传感器34和压力控制仪32，所述阀体33内设有阀芯35，所述压力传感器34用于获取高压腔4内的压力，所述压力控制仪32用于调整所述阀芯35的位置，从而实现对高压腔4内部压力的准确控制。
[0035] 所述扩散燃烧器22的中心位置与所述电子点火器2基本对正；所述的电子点火器2由直流电源、振荡器、变压器、导线、放电针和开关组成，所述振荡器、变压器和放电针通过导线相连，打开点火器开关后，直流电源产生电流通过振荡器震荡，产生高频电压，再经过变压器形成高压电，高压电通过导线至放电针，放电针放电形成电火花，实现点火；
[0036] 所述的离子分子反应质谱仪6与电脑控制系统8相连，用于对高压火焰中生成的小分子碳氢化合物，氮氧化物以及非常规有害排气物进行定性以及定量分析。
[0037] 下面以一实施例详细说明利用上述模拟装置实现模拟柴油机废气再循环对尾气排放影响的方法，本发明中，选择乙烯作为气体燃料，选择二氧化碳和气溶胶共同组成废气，氮气作为保护气，如图1所示，整个系统的运行包括以下步骤：
[0038] 步骤一、首先利用真空泵24对高压腔4抽真空，将所述高压腔4内的空气抽出，并通过压力表3确定所述高压腔4的密封性；
[0039] 步骤二、手动打开控制氮气气瓶12、氧气气瓶9、乙烯气瓶11和二氧化碳气瓶10的手动高压阀门，在电脑控制系统8中设定的氮气、氧气、乙烯和二氧化碳的流量分别为1.28L/min、8.96L/min、0.88L/min，30.00L/min；打开气溶胶发生器21，设定气溶胶的发尘量为0.1g/min；然后，打开电子点火器2开关点燃可燃气体；打开电子压力控制阀1，设定高压腔4的初始压力值为3.8MPa；通过电脑控制系统8调节位移台26带动扩散燃烧器22移动到一初始高度10mm；打开离子分子反应质谱仪6，对所要检测的小分子碳氢化合物、氮氧化物及非常规排放物进行标定；
[0040] 步骤三、打开设置在所述微型探针7尾部与所述离子分子反应质谱仪6相连的连接管路上的两通阀5，使废气通入所述离子分子反应质谱仪6，所述离子分子反应质谱仪6将检测到的废气中的小分子碳氢化合物、氮氧化物及非常规排放物的成分和浓度传递给电脑控制系统8，通过所述电脑控制系统8得到对应废气成分的质谱图；结束该次废气成分的检测，关闭所述两通阀；
[0041] 步骤四、通过电脑控制系统调整火焰的位置，使微型探针处于不同的火焰高度，待火焰稳定后，重复步骤三，从而完成不同火焰高度时(15mm,20mm,25mm)废气成分的检测；
[0042] 步骤五、增加气溶胶发生器21的发尘量及在电脑控制系统8中增大二氧化碳的气体流量，然后，重复步骤三和步骤四，对不同废气再循环率下的废气成分进行实时在线取样检测，最终确定是热特性还是化学特性对有害气体影响作用大，为大气有害物质的防治提供理论依据。
[0043] 最后应该说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本权利要求范围当中。
