CN104405553A - 柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,包括上端面带孔的定容弹母体、数据采集分析系统和计算机;定容弹母体内部至少设有与待测喷油嘴孔数相同的传感器装置,所述传感器装置包括力传感器、支架和底座,所述底座位于定容弹母体的下端盖上,与支架相连的力传感器靠近待测喷油嘴的端面与待测喷孔轴线垂直;数据采集分析系统与计算机相连,所述定容弹母体至少一个侧端面上设有至少一个可穿过信号线的孔,信号线一端与力传感器相连,另一端与数据采集分析系统相连;本发明装置可以实现对多孔喷油嘴各孔喷油规律进行精确测量,多通道数据采集分析系统可以同时对所有力传感器所测信号进行采集,具有实际应用意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机喷油嘴各孔喷油规律的测量装置,尤其适用于孔式喷油器各孔喷油规律的测量,属于柴油机喷油器技术领域。
背景技术
柴油机燃烧过程的好坏,不仅受燃烧室形状和缸内空气流动特性影响,在很大程度上取决于燃油系统的喷油过程与喷雾状况。喷油器作为燃油供给系统的关键部件,其喷射特性直接影响到燃油的雾化、加热、蒸发、与空气的混合等,进而影响柴油机的燃烧、放热、碳烟和有害废气的形成。
对于多孔喷油器,由于各孔加工工艺的误差及结构和液力条件的不同,各孔间的喷油规律势必存在一定的差异。这将引起燃烧室内燃油不均匀的空间及时间分布,进而导致燃烧室内不一致的热负荷及燃烧排放的恶化。鉴于为满足日益严格的排放法规当今柴油机多采用多孔式喷油器这一事实,并考虑到各孔喷油规律的测试可为喷油器的设计改进和质量控制及整个燃油喷射系统的优化提供更为直接的试验指导,开发相关的能够对各孔喷油规律进行精确测试的设备和方法,就显得很有意义。
为得到燃油喷射系统喷油规律的精确测试结果,国内外学者对相关的测试方法及设备进行了大量研究。并取得了一些成果。其中人们熟知的喷油规律测试方法及装置有:Bosch长管法、Zeuch测试法(又称容积-压力法)、压力-升程法、电荷测试法、单次测量仪,另外还包括计算法、蜂窝轮法、神经网络法、基于激光多普勒测速仪的喷油规律测试装置、基于喷油器改装的喷油规律测试系统、基于动态声纳瞬时流量计的喷油规律测试装置及以IAV喷油规律测试系统为代表的复合式测量装置等,均可对单孔喷油器的喷油规律进行测试。但对于多孔喷油器,其仅能给出所有喷孔总的喷油规律的测试结果,而对于各孔喷油规律以及各孔间喷油规律的可能差异,却无法进行精确测试。
目前我们了解到的对喷油器各喷孔的测试有一种形变测试法,其测试装置主要是基于各喷孔对应的测试腔一端的安装有应变仪的膜片在燃油喷射作用下导致的形变来对各孔的瞬时喷油量进行检测,进而得到各孔喷油规律,但是该测试方法并未进行可行性的实质性验证,且鉴于测试装置自身的特点(不同喷孔布置的喷嘴均需独立的测试系统),该测试方法的应用及推广均存在一定的困难。另外还有一种对各孔质量流量进行测试的孔间质量流量测试台架,该测试台架通过一个特殊的加工块对各喷束进行隔离(在所采用的加工块上,各喷束均对应一个锥形孔),各喷束的气相和液相被引入到各自对应的虹吸装置中,进而得到各自的喷油量,利用该装置可对各孔的喷油量进行测试,理论上,也可对各孔的喷油规律进行测试,但由于虹吸装置动态响应特性较差,应用该装置对目标燃油喷射系统各孔的喷油规律进行测试,尤其是连续测试,还存在较大难度。
发明内容
针对上面各孔喷油规律测试装置的不足之处,本发明提供了一种柴油机喷油嘴各孔喷油规律的测量装置。
本发明的具体技术方案为:
一种柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,包括上端面带孔的定容弹母体、数据采集分析系统和计算机,所述数据采集分析系统与计算机相连,所述定容弹母体内部至少设有与待测喷油嘴孔数相同的传感器装置,所述传感器装置包括力传感器、支架和底座,所述底座位于定容弹母体的下端盖上,所述力传感器与支架相连,力传感器靠近待测喷油嘴的端面与待测喷孔的轴线垂直;所述定容弹母体至少一个侧端面上设有至少一个可穿过信号线的孔,所述信号线一端与力传感器相连,另一端与数据采集分析系统相连。
进一步的,所述传感器装置可调节,所述力传感器靠近待测喷油嘴的端面可调节,所述支架与底座之间垂直距离可调节。
进一步的,所述支架至少包括竖直段和圆弧段,所述力传感器与圆弧段相连,且之间设有距离调整组合螺母,所述圆弧段上的螺母导向槽上设有角度调节螺母;所述竖直段通过U型凹槽连接一固定块;所述底座为设有周向带刻度线原导槽的圆形底座,且螺栓固定于下端盖中心,所述固定块设有上下高度调节螺钉和周向角度调节螺钉,且卡在周向带刻度线圆导槽中;所述竖直段设有上下高度刻度线,所述圆弧段设有传感器仰角刻度线。
进一步的,所述定容弹母体的上端面和至少一个侧端面设有可拆卸盖板,上端面上孔设置在所述上端面的上盖板上;所述下端盖上设有放油阀,所述放油阀后接燃油滤清器。
进一步的,所述上端面的上盖板中镶嵌有一喷油器套筒;所述上盖板上方设有压板螺柱和喷油器压板;待测喷油器进油孔的中心线、所述喷油器套筒上的零刻度线和周向带刻度线圆导槽的零刻度线保持一致。
进一步的,所述喷油器套筒内镶嵌有套筒式电加热器,所述套筒式电加热器通过第一温控仪连接计算机。
进一步的,所述至少一个侧端盖上设有至少一个力传感器屏蔽线高压密封接头,带孔螺栓通过力传感器屏蔽线高压密封接头与定容弹母体相连,所述信号线穿过带孔螺栓进入定容弹母体中。
进一步的,所述带孔螺栓末端部为一锥面密封面,且通过锥形高温垫圈与盖型螺帽相连;所述带孔螺栓与侧端盖之间设有第五密封垫片。
进一步的,还包括一配气系统,所述配气系统包括高压氮气瓶、减压阀、进气阀、排气阀、减压阀和油雾过滤器;所述定容弹母体侧端面上部还设有进气阀安装孔,另一侧端面下部设有排气阀安装孔;所述进气阀通过进气阀安装孔与定容弹母体相连,高压氮气瓶和进气阀之间设有减压阀;排气阀通过排气阀安装孔与定容弹母体相连,排气阀和油雾过滤器之间设有减压阀;所述定容弹母体还设有与数据采集分析系统相连的内腔压力传感器。
进一步的,所述定容弹母体内部还设有至少一个加热棒,所述加热棒通过第二温控仪与计算机相连;所述定容弹母体还设有与数据采集分析系统相连的内腔温度传感器。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明通过设置定容弹母体、与喷油器孔数相对应的传感器装置、数据采集分析系统、计算机等,可以实现对多孔喷油嘴各孔喷油规律进行精确测量,多通道数据采集分析系统可以同时对所有力传感器所测信号进行采集。
(2)通过设置可调节的传感器装置和喷油器套筒,可以满足不同类型的多孔喷油嘴的各孔喷油规律进行测量,具有较强的通用性;通过设置放油阀、燃油滤清器实现对燃油的回收利用;通过设置套筒式电加热器,可以实现对喷油器进行加热,方便快捷。
(3)通过设置配气系统、定容弹母体内设置加热棒、内腔温度传感器和内腔压力传感器,可以对定容弹母体内腔具有一定的背压和温度,以模拟实际柴油机喷油器工作状态的压力及温度,使所测结果与喷油器实际工作时喷射情况尽可能一致。
(4)安装喷油器时,喷油器进油孔的中心线与喷油器套筒上的零刻度线一致,可以确保多次装卡喷油器时位置一致;通过设置各密封垫片,保证定容弹母体的整体气密性良好。
(5)本装置设备布置简单、方便拆卸,能够更好的进行喷油器的检测及质量控制,可以提供给喷油器生产企业作为检测和控制喷油器各孔质量的设备,也可以作为柴油机生产企业验收多孔喷油器质量的设备。
附图说明
图1为柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置示意图。
图2为定容弹母体结构示意图。
图3为定容弹母体装配部分视图。
图4为传感器装置剖视图。
图5为图4中A向视图。
图6为图3中B处放大视图。
图7为喷油器装配部分剖视图。
图8为喷嘴器喷孔喷雾冲击力测量示意图。
附图标记说明如下:
图中1-高压油泵,2-高压油管,3-喷油器,4-喷油器进油孔,5-燃油喷射电控单元,6-计算机,7-第一温控仪,8-数据采集分析系统,9-第二温控仪,10-内腔温度传感器,11-内腔压力传感器,12-力传感器屏蔽线高压密封接头,13-排气阀,14-减压阀,15-油雾过滤器,16-燃油滤清器,17-放油阀,18-加热棒,19-定容弹母体,20-高压氮气瓶,21-减压阀,22-进气阀,23-进气阀安装孔,24-喷油器套筒,25-上端盖,26-第一传感器安装孔,27-第二传感器安装孔,28-排气阀安装孔,29-下端盖,30-第一密封垫片,31-信号线,32-第二密封垫片,33-圆形底座,34-周向带刻度线圆导槽,35-U型凹槽,36-竖直段,37-周向角度调节螺钉,38-上下高度调节螺钉,39-上下高度刻度线,40-圆弧段,41-角度调节螺母,42-传感器仰角刻度线,43-距离调整组合螺母,44-力传感器,45-压板螺柱,46-喷油器压板,47-第三密封垫片,48-第四密封垫片,49-套筒式电加热器,50-针阀,51-固定块,52-零刻度线,53-螺母导向槽,54-带孔螺栓,55-第五密封垫片,56-盖型螺帽,57-锥形高温垫圈,58-锥形密封面。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2所示,柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,包括配气系统、上端面带孔的定容弹母体19、数据采集分析系统8和计算机6,所述数据采集分析系统8与计算机6相连,所述配气系统与定容弹母体19连接;所述配气系统包括高压氮气瓶20、减压阀21、进气阀22、排气阀13、减压阀14和油雾过滤器15;所述定容弹母体19的A侧端面上部还设有进气阀安装孔23,C侧端面下部设有排气阀安装孔28(见图2)。所述排气阀13通过排气阀安装孔28与定容弹母体19采用螺纹连接,排气阀13和油雾过滤器15之间设有减压阀14;所述进气阀22通过进气阀安装孔23与定容弹母体19采用螺纹连接,高压氮气瓶20和进气阀22之间设有减压阀21。所述高压氮气瓶20里的高压氮气经过减压阀21减压到设定的背压压力后通过进气阀22充入定容弹母体19,试验结束后定容弹母体19的内腔混合气通过排气阀13、减压阀14后进入油雾过滤器15,将燃油回收利用,将过滤后的气体排入大气环境中。
定容弹母体19为一铸造正方体容腔(一面无盖,无盖面通过装配端盖可作为定容弹上端面或者下端面,这里以无盖面作为下端面为例),所述定容弹母体19上端面和四个侧端面(A侧、B侧、C侧、D侧)开有圆形的窗口,各圆形窗口分别位于各端面中心位置;所述上端盖25以螺纹连接方式通过上端面窗口与上端面密封,所述四个侧端盖以螺纹连接方式分别通过四个侧端面窗口与侧端面密封,所述无盖下端面与下端盖29(下端盖为方形)以螺纹连接方式密封;所述下端盖29上螺纹连接有放油阀17,所述放油阀17通过油管与燃油滤清器16和油箱相连接,实现燃油的回收。以上所述各侧端面与侧端盖之间接触面上分别设有第一密封垫片30进行密封;下端盖29和定容弹母体19之间设有第二密封垫片32进行密封。在所述定容弹母体19的C侧端面上还加工有内腔温度传感器安装孔26和内腔压力传感器安装孔27,分别螺纹连接有内腔温度传感器10和内腔压力传感器11;所述内腔温度传感器10用于测量定容弹内腔温度,内腔压力传感器11用于测量定容弹内腔压力,所述内腔温度传感器10和内腔压力传感器11通过导线依次连接数据采集分析系统8和计算机6。定容弹母体19底部四个角落中分别设有加热棒18,所述加热棒18为不锈钢加热棒,与所述定容弹下端盖29螺纹连接,且通过导线与第二温控仪9和计算机6相连(见图1),计算机6通过第二温控仪9控制加热棒18可以迅速提高定容弹母体19的内腔温度,方便快捷。
如图3、图4、图5所示,所述传感器装置包括圆形底座33、固定块51、带上下高度刻度线39的竖直段36、带有传感器仰角刻度线42的圆弧段40、力传感器44;力传感器44用于测量喷油器各喷孔的喷雾冲击力,所述圆形底座33通过底座螺栓固定于定容弹下端盖29中心,使周向带刻度线圆导槽34的零刻度线与上端盖25上喷油器3的零刻度线52一致,所述固定块51卡在周向带刻度线圆导槽34内,通过周向角度蝶形调节螺钉结合底盘上周向刻度线和喷油器图纸上设计的待测喷油器各喷孔具体周向角度来确定固定块51在周向带刻度线圆导槽34内的位置。所述竖直段36插于固定块51上的U型凹槽35内,通过上下高度蝶形调节螺钉38和上下高度刻度线39来调整竖直段36的上下位置,使与竖直段36对应的待测喷孔大致位于所述圆弧段40的圆心位置。再通过调整圆弧段40的角度调节螺母41(位于螺母导向槽53中)和距离调整组合螺母43,将力传感器44固定于与之对应的待测喷孔的所需位置处。所述距离调整组合螺母43用以调整力传感器44端面在喷孔轴线方向上到待测喷孔的距离,并进行锁紧,所述传感器仰角刻度线42和角度调节螺母41配合喷油器图纸上设计的各喷孔轴线与针阀50轴线具体夹角用以调整力传感器44端面与待测喷孔轴线垂直。同样,所述其它待测喷孔的力传感器44也按同样方法固定。当所测喷油器在柴油机上为一定角度倾斜安装时,本测试装置中为竖直安装,喷油器某些喷孔可能出现向上某角度进行喷油,而力传感器装置中的圆弧段40,由于其圆弧弧度比较大,力传感器44亦可移动固定到所需位置,照样可以满足测量要求。
如图3、图6所示,在B侧端面的侧端盖上加工有力传感器屏蔽线高压密封接头安装孔,力传感器屏蔽线高压密封接头12的数目由待测喷油器喷孔数目决定。带有内通孔的定制螺栓54通过力传感器屏蔽线高压密封接头12与定容弹母体19相连;带孔螺栓54和侧端盖以螺纹方式连接,且之间设有第五密封垫片55;带孔螺栓54的孔径略大于力传感器信号线31直径,以保证信号线31可以穿过。带孔螺栓54的螺杆端对内部通孔扩孔加工出锥面密封面58,使其可以与锥形高温垫圈57的外锥面装配进行锥面密封。所述锥形高温垫圈57为一中心带孔的垫圈,其从中心线位置分为均匀两半,锥形高温垫圈57被盖型螺帽56压紧在带孔螺栓54的螺杆端。所述盖型螺帽56中心开有通孔,信号线31可以从通孔穿过,盖型螺帽56与带孔螺栓54通过螺纹连接。力传感器的信号线31一端连接用于测量喷雾冲击力的力传感器,另一端与数据采集分析系统和计算机相连,进行信号传输。所述计算机将数据采集分析系统采集到的数据进行分析、处理,然后通过图像显示出来。
如图7所示,上端盖25中心开有阶梯通孔,用于安装固定喷油器套筒24,所述喷油器套筒24通过螺纹连接方式固定于上端盖25上;套筒式电加热器49镶嵌于喷油器套筒24内;喷油器3镶嵌于套筒式电加热器49内,喷油器套筒24上加工有两个螺纹孔,用于放置两根压板螺柱45,喷油器3被喷油器压板46与压板螺柱45以螺栓连接方式压紧在喷油器套筒24上,所述喷油器3安装定位时喷油器进油孔4中心线指向所述喷油器套筒24上面的零刻度线52,保证每次装卡喷油器3的位置一致。所述喷油器套筒24与上端盖25之间有第三密封垫片47、喷油器3与喷油器套筒24之间有第四密封垫片48,以保证密封良好。所述套筒式电加热器49通过导线与第一温控仪7相连,所述套筒式电加热器49可以对喷油器3进行加热,方便快捷,可以满足该测量装置的正常使用,通过更换所述喷油器套筒24即可实现测量装置对不同类型喷油器各孔喷油规律的测量,通用性较好。
工作时,高压氮气瓶20中的高压氮气经过减压阀21减压到设定的背压压力后通过进气阀22充入定容弹母体19内腔中,使其具有一定的背压;计算机6控制第一温控仪7和第二温控仪9,分别通过套筒式电加热器49和加热棒18使得喷油器3和定容弹母体19内腔到所需温度,以此来模拟喷油器实际工作状态。
计算机6控制燃油喷射电控单元5发出信号,高压油泵1通过高压油管2向喷油器3供油,燃油从喷油器3各喷孔喷出,作用在力感应器44上喷雾冲击力信号由信号线31传到数据分析系统8和计算机6中,进而进行分析。试验结束后定容弹母体19的内腔混合气通过排气阀13、减压阀14后进入油雾过滤器15,将燃油回收利用,将过滤后的气体排入大气环境中。放油阀17通过油管与燃油滤清器16和油箱相连接,实现燃油的回收。
由动量守恒定律、动量定理可知:
式中:为t1时刻质量流量,kg/s;v(t1)为t1时刻喷雾速度,m/s;为t2时刻质量流量,kg/s;v(t2)为t2时刻喷雾速度,m/s;F(t2)为力传感器所测得的冲击力,N。
喷孔出口速率变化相对于距离L(即力传感器靠近喷孔的端面与喷孔轴线的垂直距离,见图8),比较微小,故油束从出口到作用在传感器上所经历的时间可以按下式计算:
结合(1)、(2)、(3)式可得:
由伯努利方程可知:
式中:vth(t)为喷孔出口理论流速,m/s;ΔP(t)为燃油喷射压差,MPa;ρ为燃油密度,kg/m3。
喷孔质量流量为:
式中:Cd(t)为流量系数;A0为喷孔截面积。将式(5)、(6)带入(4)中获取喷孔有效流通截面积为:
联立式(5)、(6)、(7)可得各孔喷油规律(体积流量)为:
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,包括上端面带孔的定容弹母体(19)、数据采集分析系统(8)和计算机(6),所述数据采集分析系统(8)与计算机(6)相连,所述定容弹母体(19)内部至少设有与待测喷油嘴孔数相同的传感器装置,所述传感器装置包括力传感器(44)、支架和底座,所述底座位于定容弹母体(19)的下端盖(29)上,所述力传感器(44)与支架相连,力传感器(44)靠近待测喷油嘴的端面分别与待测喷孔的轴线垂直;所述定容弹母体(19)至少一个侧端面上设有至少一个可穿过信号线(31)的孔,所述信号线(31)一端与力传感器(44)相连,另一端与数据采集分析系统(8)相连。
2.根据权利要求1所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述力传感器(44)靠近待测喷油嘴的端面可调节,所述力传感器(44)与底座之间垂直距离可调节。
3.根据权利要求2所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述支架至少包括竖直段(36)和圆弧段(40),所述力传感器(44)与圆弧段(40)相连,且之间设有距离调整组合螺母(43),所述圆弧段(40)上的螺母导向槽(53)上设有角度调节螺母(41);所述竖直段(36)通过U型凹槽(35)连接一固定块(51);所述底座为设有周向带刻度线圆导槽(34)的圆形底座(33),且螺栓固定于下端盖(29)中心;所述固定块(51)设有上下高度调节螺钉(38)和周向角度调节螺钉(37),且卡在周向带刻度线圆导槽(34)内,;所述竖直段(36)设有上下高度刻度线(39),所述圆弧段(40)设有传感器仰角刻度线(42)。
4.根据权利要求1或2所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述定容弹母体(19)的上端面和至少一个侧端面设有可拆卸盖板,上端面上孔设置在所述上端面的上盖板(25)上;所述下端盖(29)上设有放油阀(17),所述放油阀(17)后接燃油滤清器(16)。
5.根据权利要求4所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述上端面的上盖板(25)中镶嵌有一喷油器套筒(24);所述上盖板(25)上方设有压板螺柱(45)和喷油器压板(46);待测喷油器进油孔的中心线、喷油器套筒(24)上的零刻度线(52)和周向带刻度线圆导槽(34)的零刻度线保持一致。
6.根据权利要求5所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述喷油器套筒(24)内镶嵌有套筒式电加热器(49),所述套筒式电加热器(49)通过第一温控仪(7)连接计算机(6)。
7.根据权利要求4所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述至少一个侧端盖上设有至少一个力传感器屏蔽线高压密封接头(12),带孔螺栓(54)通过力传感器屏蔽线高压密封接头(12)与定容弹母体(19)相连,所述信号线(31)穿过带孔螺栓(54)进入定容弹母体(19)中。
8.根据权利要求7所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述带孔螺栓(54)末端部为一锥面密封面(58),且通过锥形高温垫圈(57)与盖型螺帽(56)相配合;所述带孔螺栓(54)与侧端盖之间设有第五密封垫片(55)。
9.根据权利要求1或2所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,还包括一配气系统,所述配气系统包括高压氮气瓶(20)、减压阀(21)、进气阀(22)、排气阀(13)、减压阀(14)和油雾过滤器(15);所述定容弹母体(19)侧端面上部还设有进气阀安装孔(23),另一侧端面下部设有排气阀安装孔(28);所述进气阀(22)通过进气阀安装孔(23)与定容弹母体(19)相连,高压氮气瓶(20)和进气阀(22)之间设有减压阀(21);排气阀(13)通过排气阀安装孔(28)与定容弹母体(19)相连,排气阀(13)和油雾过滤器(15)之间设有减压阀(14);所述定容弹母体(19)还设有与数据采集分析系统(8)相连的内腔压力传感器(11)。
10.根据权利要求1或2所述的柴油机喷油嘴各孔喷油规律测量装置,其特征在于,所述定容弹母体(19)内部设有至少一个加热棒(18),所述加热棒(18)通过第二温控仪(9)与计算机(6)相连,所述定容弹母体(19)还设有与数据采集分析系统(8)相连的内腔温度传感器(10)。
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