CN103364661A - 一种天然气喷气电磁阀性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天然气喷气电磁阀性能测试装置及测试方法，空气压缩机经手动球阀通过减压阀，减压阀出来的气体经过噪整器处理后连接超声波流量计，通过一个稳压罐、三通球阀、管道滤清器连接喷气阀及气轨组件，该组件中的燃气温度压力传感器和喷气背压传感器输出信号线连接ECU模拟量采集口并由ECU供电，超声波流量计通过自带的信号线与ECU连接，触摸屏通过CAN总线与ECU连接，ECU和触摸屏由24V电源供电，ECU驱动控制天然气喷气电磁阀。利用此装置可进行喷气阀及气轨气密性和天然气喷气电磁阀喷射性能的测试，特别适合柴油-天然气双燃料发动机阀喷射气体供给方式。

Description

一种天然气喷气电磁阀性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种喷射电磁阀，尤其是天然气喷气电磁阀性能测试的装置及测试方法。

背景技术

天然气作为发动机的代用燃料在解决能源短缺和降低污染排放等方面具有独特的优越性，一直受到内燃机研究工作者的重视。但是由于天然气的着火温度较高且不易压燃的特点，目前多数柴油机改装方案是将其改装成柴油-天然气双燃料发动机，以天然气作为主燃料，少量柴油作为辅助引燃燃料，在这个改装过程中，天然气供给系统的研制是一项非常重要的工作。

目前，从双燃料发动机的天然气供给方式上讲，主要有混合器法和阀喷射法。混合器法是为每个气缸连续供气，这种方法不能准确的控制空燃比，因此发动机的排放性能较差；阀喷射法可实现对每一个气缸定时供气。阀喷射法的特点是可以由软件严格控制气体燃料喷射量和喷射始点与进排气门及活塞运动的相位关系，易于实现定时供气及层状进气。阀喷射法以高速电磁阀作为基本器件，并由ECU对其进行控制。为达到对天然气喷射量的精确控制，需要对电磁阀的喷射能力作评定，然后通过不同控制策略精确控制。

由于双燃料在国内发展尚处起步阶段，针对喷气电磁阀的测试尚不成熟，没有专门的测试装置或是测试方法。本发明针对此，经过长期的试验，提出一种用于测试天然气喷气电磁阀的性能测试装置及测试方法。

发明内容

本发明的第一目的是提出一套可靠的、智能化的天然气喷气电磁阀性能测试装置，以准确的反应天然气喷气电磁阀的喷射能力及流量特性。

本发明采用超声波流量计（5）进行气流量的精确计量；在减压阀（3）与超声波流量计（5）之间增设噪整器（4），目的是减小减压阀（3）出来的气体在管道内产生的超声波噪声对超声波流量计（5）的影响；在超声波流量计（5）后增设稳压罐（6），目的是防止因天然气喷气电磁阀高速开关过程中导致气轨气体回流而引起的超声波噪声对流量计的的影响；增设的氮气瓶（7）作为气轨及天然气喷气电磁阀二次气密性检验的气体发生装置，保证出气压力达到1.2MPa；采用一个三通球阀（8）将氮气瓶出气端、稳压罐出气端与管道滤清器（9）的进气端连接，目的是方便气路气密性检验时气体的快速更换；在天然气喷气电磁阀前面增设管道滤清器（9），目的是过滤管道中可能存在的杂质，起到保护天然气喷气电磁阀的作用；喷气阀及气轨组件（10）中的燃气温度压力传感器及喷气背压传感器用于对进入气轨的气体的温度压力及经过天然气喷气电磁阀喷射而出的气体气压的测量；触摸屏（11）配合电子控制单元（12）进行气路气压、温度的实时监测，亦可改变天然气喷气电磁阀的驱动脉宽，同时可进行测试时间累计及自动断气设置。

本发明的第二个目的是提出上述天然气喷气电磁阀性能测试装置的测试方法，该方法具体如下：

通过触摸屏设定天然气喷气电磁阀的喷射周期100ms、喷射流量10m3，设定值不再改变，喷射脉宽值分别为5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、40ms、50ms、60ms及70ms，测试压力值分别为4bar、5bar、6bar、7bar及8bar。每改变某一参数，记录一次喷射时间。同一测试条件需至少进行5次试验，将计算得到的平均时间作为最终的喷射时间。通过测试不同喷射脉宽及测试压力条件下天然气喷气电磁阀的喷射时间，计算出单位时间内的喷射流量，再乘上天然气在标准状态下的密度，得到天然气的喷射质量流量。通过拟合同一测试气压下喷射质量流量与喷射脉宽的关系曲线或是同一喷射脉宽下喷射质量流量与测试压力的关系曲线，分析天然气喷气电磁阀的性能。喷气电磁阀的喷射能力随着测试气压及喷射脉宽的增大而增大，在一定的测试压力及喷射脉宽范围内，具有良好的流量特性。线性度愈高，喷气电磁阀性能愈好。

附图说明

图1是天然气喷气电磁阀性能测试装置结构图。

1.空气压缩机；2.手动球阀； 3.减压阀； 4.噪整器； 5.超声波流量计； 6.稳压罐；7.氮气瓶；8.三通球阀；9,管道滤清器；10.喷气阀及气轨组件；11.触摸屏；12.电子控制单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。

参阅图1，本测试装置包含空气压缩机1、手动球阀2、减压阀3、噪整器4、超声波流量计5、稳压罐6、氮气瓶7、三通球阀8、管道滤清器9、喷气阀及气轨组件10、触摸屏11及电子控制单元12，其中喷气阀及气轨组件包括天然气喷气电磁阀、气轨、燃气温度压力传感器、喷气背压传感器、进气口和出气口。空气压缩机产生稳定的压缩空气，在打开手动球阀2后，经由减压阀减压至所需测试压力，通过耐高压胶管连接噪整器，噪整器与超声波流量计之间留有必要的直管长，必要直管长L（mm）≥3D,D为直管口径，然后采用法兰连接方式接上超声波流量计进气端，噪整器连接减压阀与超声波流量计的两端均为G1/2管接头，超声波流量计出气端通过耐高压胶管与稳压罐进气口螺纹连接，稳压罐出气口、氮气瓶出气口及管道滤清器进气端通过一个三通球阀连接，管道滤清器的出气端再经耐高压胶管与喷气阀及气轨组件的进气口连接。燃气温度压力传感器与喷气背压传感器由电子控制单元供电，输出信号线直接接电子控制单元模拟量采集口，超声波流量计通过自带的信号线与电子控制单元连接，天然气喷气电磁阀直接由电子控制单元进行驱动控制，触摸屏通过CAN通信实现对电子控制单元数据的获取及处理显示，同时可通过电子控制单元对天然气喷气电磁阀进行驱动参数设置，电子控制单元及触摸屏由24V电源供电。

上述天然气喷气电磁阀性能测试装置的测试方法如下：1.喷气阀及气轨组件气密性检测：将整个系统连通空压机供气端，打开手动球阀，待气路气压达到0.8MPa时，关闭手动阀，在此压力下进行5分钟的保压，从超声波流量计观察手动球阀到气轨出气端这段气路中气压的变化，如无压力下降说明系统气密性良好，如有压力下降则需对整个管路进行查漏。如在0.8MPa压力下保压成功则需要将系统连通在1.2MPa的氮气端进行气密实验，此时需操作三通球阀，打开氮气瓶的减压阀，然后同样保压5分钟，确保系统管路与喷气阀及气轨组件的气密性。2. 天然气喷气电磁阀性能测试：空气压缩机产生稳定的气压经由减压阀调为测试所需压力，通过触摸屏设置天然气喷气电磁阀的喷射周期、喷射脉宽、测试流量，同时可从触摸屏上实时监测到测试气压、气体温度。通过触摸屏选定需测试的天然气喷气电磁阀，然后开启测试；采用固定测试气压，改变喷射脉宽或是固定喷射脉宽，改变测试气压的方法进行测试。测试流量达到设定值时，电子控制单元控制天然气喷气电磁阀关断，累计时间停止。重复该条件下的试验至少5次，计算平均时间。用测试流量与该平均时间相除即可得到此天然气喷气电磁阀单位时间内的空气喷射量，此流量再乘上天然气在标准状态下的密度，即可得到该天然气喷气电磁阀的天然气喷射质量流量。通过对不同喷射脉宽及测试压力下天然气喷射质量流量的处理分析，可判断该喷气电磁阀的喷射能力及流量特性。但是由于电磁阀本身原理及结构的限制，电磁阀线圈对驱动脉宽的响应不是完全的线性的，但整体的趋势仍是喷射脉宽越大，喷射能力越强。而喷射脉宽一定，测试压力过低或是过高时，很容易在阀体周围产生不稳定气流，造成测试误差，但喷射质量流量与测试压力在一定范围内线性良好。总体分析，线性度越高说明天然气喷气电磁阀的性能越好。

现给出某一实施例，选用某一天然气喷气电磁阀，通过触摸屏设置喷射周期为100ms，喷射脉宽为25ms，测试流量为10m3，调节减压阀将测试压力分别调为4bar、5bar、6bar、7bar及8bar，平均测试时间分别为136min、103min、85min、70min及63min。通过计算，这些测试数据对应的标准状态下的空气喷射流量分别为0.00123m3/s 、0.00162m3/s 、0.00196m3/s、0.00238m3/s及0.00265m3/s，转换为标准状态下天然气的喷射质量流量分别为0.8787g/s 、1.16154g/s 、1.40532g/s、1.70646g/s及1.90005g/s,经过拟合，发现天然气的喷射质量流量与测试压力成良好的线性关系；同样，固定测试压力，改变喷射脉宽为5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、40ms、50ms、60ms、70ms，测试平均时间分别为：371min、190min、131min、102min、85min、73min、58min、51min、46min、43min，对应天然气喷射质量流量为0.3221g/s、0.6289g/s、0.9122g/s、1.1716g/s、1.4059g/s、1.6370g/s、2.0603g/s、2.343g/s、2.5970g/s、2.7791g/s。通过曲线拟合发现，天然气的喷射质量流量与喷射脉宽的关系为一条光滑的曲线，曲线斜率逐渐减小，整体趋势为上升趋势。通过对不同型号喷气电磁阀的测试对比，可以从拟合的曲线的线性度看出不同型号喷气电磁阀的性能差异。

本发明的天然气喷气电磁阀性能测试装置及测试方法，最大化的模拟实际应用情况，能够对喷气电磁阀的性能进行测试，可作为双燃料发动机电子控制天然气喷射系统控制策略制定的依据。

Claims (7)

1.一种天然气喷气电磁阀性能测试装置，其特征在于，包括空气压缩机（1）、手动球阀（2）、减压阀（3）、噪整器（4）、超声波流量计（5）、稳压罐（6）、氮气瓶（7）、三通球阀（8）、管道滤清器（9）、喷气阀及气轨组件（10）、触摸屏（11）及电子控制单元（12）,其中，喷气阀及气轨组件包括天然气喷气电磁阀、气轨、燃气温度压力传感器、喷气背压传感器、进气口和出气口；电子控制单元及触摸屏由24V电源供电；空气压缩机经手动球阀与减压阀连接，减压阀出气端通过耐压胶管连接噪整器，噪整器另一端通过法兰连接超声波流量计的进气端，超声波流量计出气端通过耐高压胶管与稳压罐进气口螺纹连接，稳压罐出气口、氮气瓶出气口及管道滤清器进气端通过三通球阀连接，管道滤清器的出气端经耐压胶管与喷气阀及气轨组件的进气口连接，喷气背压传感器和燃气温度压力传感器输出信号线接电子控制单元模拟量采集口，超声波流量计通过自带的信号线与电子控制单元连接，触摸屏通过CAN总线与电子控制单元连接，电子控制单元给燃气温度压力传感器和喷气背压传感器供电，驱动控制天然气喷气电磁阀。

2.根据权利要求1所述的天然气喷气电磁阀性能测试装置，其特征在于是：噪整器与超声波流量计之间的耐压胶管长度L≥3D，其中D为管径，单位为毫米。

3.根据权利要求1所属的天然气喷气电磁阀性能测试装置，其特征在于，噪整器连接减压阀与超声波流量计的两端均为G1/2管接头。

4.根据权利要求1所述的天然气喷气电磁阀性能测试装置，其特征是：触摸屏可实时监测到喷气阀及气轨组件中传感器的参数及天然气喷气电磁阀驱动参数，通过触摸屏可以开启或关闭天然气喷气电磁阀，开气或断气，同时可设置天然气喷气电磁阀的测试周期、喷射脉宽及测试流量。

5.一种用于权利要求1所述的天然气喷气电磁阀性能测试装置的测试方法，其特征是，天然气喷气电磁阀的性能测试方法是：

A.通过触摸屏设定好天然气喷气电磁阀的测试周期、喷射脉宽及测试流量；

B.打开空气压缩机及手动阀，调节减压阀使压力为所需压力；

C.通过触摸屏选定需测试的天然气喷气电磁阀，然后开启测试；

D.采用固定测试气压，改变喷射脉宽或者固定喷射脉宽，改变测试气压进行测试；

E.当测试流量达到设定值时，电子控制单元控制天然气喷气电磁阀关断，累计时间停止；

F.用测试流量除以平均时间得到天然气喷气电磁阀单位时间的空气喷射量，此流量乘以天然气在标准状态下的密度，得到天然气喷射质量流量；

G.通过拟合同一测试压力下天然气喷射质量流量与喷射脉宽的关系曲线，或是同一喷射脉宽下天然气喷射质量流量与测试压力的关系曲线，可以看出天然气喷气电磁阀的流量特性；

H.理论分析天然气喷气电磁阀的喷射能力随着测试气压及喷射脉宽的增大而增大，具有良好的流量特性，线性度愈高，天然气喷气电磁阀性能愈好。

6.如权利要求5所述的天然气喷气电磁阀性能测试装置的测试方法，其特征是，为减小测试误差，同一测试条件下的试验需进行5次以上，将测得时间累加除以测试次数，得到的平均时间为表征该次试验的最终数据。

7.如权利要求1所述的天然气喷气电磁阀性能测试装置的测试方法，其特征是：该装置也可以用于喷气阀及气轨组件气密性测试，其方法是，打开空气压缩机，打开手动球阀，待气路气压达到0.8MPa时，关闭手动阀，在此压力下进行5分钟的保压，从超声波流量计观察手动球阀到气轨出气端这段气路中气压的变化，如无压力下降说明系统气密性良好，如有压力下降则需对整个管路进行查漏，如在0.8MPa压力下保压成功则需要将系统连通在1.2MPa的氮气端进行气密实验，此时需操作三通球阀，打开氮气瓶的减压阀，然后同样保压5分钟，确保系统管路与喷气阀及气轨组件的气密性。

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