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源自1985

 

硫示踪法瞬态机油消耗检测

安全、可靠的瞬态机油消耗检测,重复性优于3%,精度优于2%。采用机油中的硫作为示踪剂,可以检测每一个缸、以及涡轮增压器在不同工况变换过程中的动态机油消耗变化。完成全工况Map图仅需要4至6小时。

为什么关注机油消耗

发动机机油消耗是当今发动机开发中的一个严重问题。 减小发动机重量、使用涡轮增压,减小活塞环厚度和增加气缸压力等都会导致发动机机油消耗的增加。此外,机油消耗对整车瞬态工况下的颗粒物排放有着显著的影响。

最大限度地减少机油消耗需要了解机油消耗的变化与发动机工作状态、特别是发动机瞬态工况变化之间的关联。因此,就需要对发动机的机油消耗能够进行实时检测,并且具备足够高的时间分辨率。V&F的LubeSense离子分子反应质谱仪是专门为此应用开发的专用设备,结合V&F的GasOxidizer全硫气体氧化器,可以通过SO2示踪剂方法在线精确定量发动机全工况条件的瞬态机油消耗。

“质量守恒硫示踪法原理:发动机运行过程中,机体中的机油进入燃烧室燃烧即为发动机的机油消耗。进入气缸的硫有两个来源,来自于燃油中的硫和来自于机油中的硫。在单位时间内,排气中的硫与进入气缸中的硫质量守恒。通过选用已知硫浓度的机油和燃油,利用离子分子反应质谱仪检测尾气中硫的浓度,根据硫质量守恒定律即可计算出燃烧室中消耗的机油量,计算出发动机的机油消耗率。”

全硫氧化器:排气中的硫组分包含二氧化硫,硫化氢,硫醇,硫酸盐等气体或固态硫化物,为了精确检测排气中的硫浓度,需要配置全硫氧化器将排气中所有的气态和固态硫组分全部氧化成二氧化硫。全硫氧化器内部装有一个O3发生器和一个管式反应炉,发动起排气中的硫组分在高达1200℃的温度下在管式反应炉中被O3和全部氧化成SO2。

解决方案配置

加热采样探头

加热采样管线

加热采样毛细管

GasOxidizer全硫氧化器

LubeSense离子分子反应质谱仪

绘制发动机机油消耗MAP图

机油消耗测量工作过程

 

应用以离子分子反应质谱仪为核心的在线机油消耗测量系统可对发动机在稳态工况或瞬态工况条件下的机油消耗进行测量。在绘制发动机机油消耗MAP图时,整个测量流程如下:

1)机油消耗测量系统功能检查 ;2)采样气路与标定气路连接;3)标定离子分子反应质谱仪 ;4)台架与质谱仪通讯连接 ;5)发动机更换特定机油及机油滤芯 ;6)清洗机油油路 ;7) 重新更换特定机油及滤芯 ;8)发动机热机 ;9)发动机调整到额定工况 ;10)按照设定的转速区间和扭矩区间逐渐降低发动机工况;11)在每个工况点发动机稳定2分钟 ;12)半分钟内,测量并记录机油消耗数据。

在进行整车WLTC或WHTC机油消耗测量时,机油消耗测量流程与绘制MAP时的流程基本一致,在更换特定机油和滤芯后,发动机冷启动并跑完WLTC或WHTC循环,与此同时,机油消耗测量系统测量并记录实时的发动机机油消耗。

机油中的硫浓度和燃油中的硫浓度的准确与否影响着机油消耗测量结果的准确性。在实验前,应由机油和燃油供应商提供准确的机油和燃油含硫量报告。

机油与燃油中的硫浓度

由于催化剂会吸附排气中的硫成分,并且在再生过程中瞬时排出大量的硫,因此采样点应该选在发动机催化剂前端,若要在催化剂后采样,则应选用白载体。

采样位置选择

在整个采样系统中,不允许任何冷凝点的存在。因此,在实验前应检查采样探头,采样管线加热是否正常。同时,在发动机台架实验时,采样探头不能安装在冷却风扇的出风口处,应避免风扇直吹采样探头。

避免冷凝

加热采样探头

功能:
加热采样探头安装在发动机排气管上,主要用于机油消耗测量系统提取发动机排气管中的排气。

特点:
高达300℃的加热温度保证排气中的SO2和水分不会在采样探头处冷凝,采样头上规则分布9个1mm采样小孔,在排气管中多点采样,避免排气管中因气体流动导致的浓度不均匀对测量的影响。

技术规格:
加热温度:300℃
探头直径:8mm
耐受温度:超过1200℃

加热采样管

功能:
加热采样管主要用于采样探头与全硫氧化器之间的气体输运,从采样探头提取的发动机排气通过加热采样管被输运到全硫氧化器中。

技术规格:
加热温度:120℃
长度:标配9m(可选配2m, 4m, 6m采样管线)

加热采样毛细管

功能:
加热采样毛细管主要用于全硫氧化器和离子分子反应质谱仪的气体输运,经全硫氧化器氧化后的发动机排气通过加热采样毛细管被输运到全硫氧化器中。

技术规格:
加热温度:120℃
长度:标配1.3m(可选配2m, 4m采样毛细管)

全硫氧化器GasOxidizer

功能:
排气中的硫组分包含二氧化硫,硫化氢,硫醇,硫酸盐等气体或固态硫化物,全硫氧化器GasOxidizer主要功能是将排气中的所有硫组分在高达1200℃的温度下,在管式反应炉中被O3全部氧化成SO2。离子分子反应质谱仪只需检测全硫氧化器后的SO2浓度,即可检测出发动机排气中的总硫浓度。

特点:
全硫氧化器拥有良好的控温和保温功能,内部管式反应炉能够自行维持在1200℃的加热温度,且氧化器外壳处的温度低于40℃。全硫氧化器对排气中的硫组分氧化效率大于99%。

技术规格:
加热温度:1200℃
加热时间:1h
冷却时间:最大5h
氧气消耗量80ml/min
进气最大压力:5bar

离子分子反应质谱仪LubeSense

功能:
离子分子反应质谱仪LubeSense作为机油消耗在线测量系统的核心设备,其主要功能是实现对发动机排气中SO2的瞬态,精确的测量,从而实现对发动机瞬态工况或稳态工况条件下的机油消耗在线测量。

特点:
基于专利的离子分子反应质谱技术,利用氙离子电离SO2分子,避免了碎片离子的生成,实现最快每秒10次的机油消耗测量速度。

技术规格:
响应时间:<20ms
测量时间:最快100ms
SO2最低检出限:≤10ppb
测量精度:≤±2%
再现性:≤±3%
采样流量:800ml/min
环境温度适应范围:20-35℃
环境湿度适应范围:≤80%

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