CN104728011B - 喷油嘴压力室压力测量装置 - Google Patents

Abstract

喷油嘴压力室压力测量装置，包括带有压力室的喷油嘴，喷油嘴与固定套固接，固定套设有开口向下的凹槽，固定套通过所述凹槽套接且固定于连接压套的外周，连接压套的上端面与固定套所述凹槽的顶部端面之间留有喷油空间，喷油嘴的球头穿过固定套并伸入喷油空间，且球头与连接压套的上端配合面压紧密封；球头设有轴向引流孔，连接压套设有压力传导腔，压力室通过轴向引流孔与压力传导腔连通，压力传感器装在连接压套上，且位于压力传导腔下方；固定套周向均布有多个排油孔，排油孔与喷油空间连通。本发明能够在实际工作状态下测量压力室实际压力，测量准确、可靠，且结构简单、装卸方便。

Description

喷油嘴压力室压力测量装置

技术领域

本发明涉及柴油机喷油器性能测试技术领域，具体涉及用来测量孔式喷油器喷油嘴中压力室压力的装置。

背景技术

喷油嘴是柴油机燃油喷射系统中的重要部件之一，对柴油机的性能和排放有着重要的影响。对于孔式喷油器而言，其喷油嘴由针阀和针阀体这一对精密偶件组成，由于其针阀升起后的环流流量须满足整机油量要求，因此针阀体通常采用压力室结构，油泵工作时，高压油进入喷油嘴内压力室产生推力，克服弹簧预紧力，使针阀升起，从而使燃油从喷孔喷出，油泵停止供油，则油压下降，在弹簧力作用下针阀当即关闭，供油停止。长期以来，人们对于压力室的研究往往更关注在压力室的容积对喷油嘴喷雾特性的影响方面，因为在针阀关闭后，压力室内仍然留存有部分燃油，这部分燃油在燃烧后期以滴漏的形式进入燃烧室，燃油雾化不好，燃烧不完全，使柴油机性能变差，因此，在结构设计时，应尽可能减小压力室容积。在压力室的压力对喷油嘴喷雾特性的研究方面，则往往则涉及喷射压力的研究，因为喷射压力直接影响喷雾特性，而压力室的压力能够反映实际的喷射压力。

在喷射压力研究方面，由于喷油嘴压力室的结构尺寸非常小，同时又受限于压力传感器的外形尺寸，所以压力室压力一般无法通过直接安装压力传感器的方式进行测量，现在多通过测量盛油槽压力来分析研究喷射压力，更早的研究直接将喷油器进油口压力作为喷射压力。由于盛油槽比进油口更接近压力室和喷孔，因此认为盛油槽压力更能反映实际的喷射压力，但是，通过测量盛油槽压力来分析研究喷射压力，仍有不足之处：在针阀完全关闭的稳态情况下，盛油槽压力与喷油器进油口压力基本相同，而喷油嘴压力室压力基本为零，在针阀打开以后，高压燃油要经过密封环带的节流才进入压力室，所以压力室压力有一个急剧上升的过程，而在喷射过程中盛油槽压力与压力室压力也会存在一定的差别，也就是说，虽然盛油槽比进油口更为接近喷油嘴压力室，但盛油槽压力无法完全等效于压力室压力，在研究喷射压力方面存在一定的局限性。另一方面，中国专利CN 102192066 B所公开的一种柴油机喷油嘴各孔有效流通截面积测量方法中，提及在喷油器针阀上安装针阀升程传感器，在喷油器压力室处安装小型压电式传感器，可用微型压电传感器安装在压力室测量或自行开发出夹持式压电传感器，夹在喷嘴压力室上方的圆柱体上进行测量，虽然该专利提出可以直接在压力室处安装压电式传感器，但是由于压力室的结构尺寸通常比较小，传感器的具体安装方式、安装结构以及相应的测量结果都未提及，而且其测量的是压力室上方的压力（如盛油槽压力），因此其测量的压力并不是真正意义上的压力室压力。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种喷油嘴压力室压力测量装置，其能够在实际工作状态下测量压力室实际压力，测量准确、可靠，且结构简单、装卸方便。

本发明的技术方案如下：

喷油嘴压力室压力测量装置，包括带有压力室的喷油嘴，喷油嘴与固定套固接，固定套设有开口向下的凹槽，固定套通过所述凹槽套接且固定于连接压套的外周，连接压套的上端面与固定套所述凹槽的顶部端面之间留有喷油空间，喷油嘴的球头穿过固定套并伸入喷油空间，且球头与连接压套的上端配合面压紧密封；球头设有轴向引流孔，连接压套设有压力传导腔，压力室通过轴向引流孔与压力传导腔连通，连通的引流孔与压力传导腔形成压力室压力的传递通道，压力传感器装在连接压套上，且位于压力传导腔下方；固定套周向均布有多个排油孔，排油孔与喷油空间连通。

其进一步技术方案为：

所述喷油嘴在其下方球头的头部位置加工有密封端面，连接压套的所述上端配合面为端面，球头通过密封端面与连接压套的上端面压紧密封。

所述连接压套的所述上端配合面为密封锥面，喷油嘴的球头与连接压套的上端锥面压紧密封。

固定套的所述凹槽与连接压套通过螺纹连接。

压力传导腔与引流孔连通处的直径与引流孔的直径一致。

压力传导腔的后部成喇叭口形状，且所述喇叭口形状的小径端的直径与引流孔的直径一致。

所述压力的传递通道的直管段部分的总长径比小于2:1。

本发明的技术效果：

本发明在喷油嘴与压力传感器之间设置固接的固定套和连接压套，并使喷油嘴的球头与连接压套上端配合面压紧密封，压力传感器与连接压套密封连接，解决了压力传感器的安装和密封问题；同时通过在球头上设置轴向引流孔和在连接压套上设置轴向压力传导腔，使喷油嘴的压力室和连接压套的压力传导腔连通，由此构建了压力室压力的传递通道，压力室压力自压力室依次经轴向引流孔、压力传导腔传递至压力传感器，由压力传感器对压力室的压力进行直接测量，解决了直接测量压力室压力的技术问题；根据压力传感器的测量要求，优化设计压力传导腔与引流孔形成的压力传递通道的直管段部分的总长径比，且压力传导腔后部带有喇叭形状的结构，喇叭形状结构的小径端的直径以及压力传导腔与引流孔连通处的直径均与引流孔的直径一致，由此避免了节流效应的发生，在保证测量精度的前提下尽可能减小压力传递通道的容积，尽可能减小压力传感器安装结构对测量结果带来的影响，以提高压力传感器实测压力与压力室实际工作压力的一致性，确保测量的准确性和可靠性；通过连接压套的更换，可以换装不同的压力传感器，从而扩大了本测量装置的适用范围。本发明通过增设具有压力传递通道的固定套和连接压套，能够实现压力室真实压力的测量，结构简单，且装卸方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图中未示出针阀。

图2为图1中喷油嘴球头与连接压套连接部分以及二者之间的压力传递通道的放大图。

图3为本发明所述测量装置测得的喷油嘴压力室压力曲线图。

其中：1、喷油嘴；11、压力室；12、球头；121、引流孔；13、密封端面；2、固定套；3、连接压套；31、压力传导腔；4、喷油空间；5、压力传感器；6、排油孔；7、紧固螺钉；8、放大器；9、数据采集仪。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1、图2，本发明包括带有压力室11的喷油嘴1，喷油嘴1与固定套2通过紧固螺钉7固接，固定套2设有开口向下的凹槽，固定套2通过所述凹槽套接于连接压套3的外周，且固定套2的所述凹槽与连接压套3通过螺纹固定连接，连接压套3的上端面与固定套2所述凹槽的顶部端面之间留有喷油空间4，喷油嘴1的球头12穿过固定套2并伸入喷油空间4，且球头12与连接压套3的上端配合面压紧密封；球头12设有轴向引流孔121，连接压套3设有压力传导腔31，压力室11通过轴向引流孔121与压力传导腔31连通，连通的引流孔121与压力传导腔31形成压力室11压力的传递通道，压力传感器5装在连接压套3上，且位于压力传导腔31下方，由此，压力室11的压力经引流孔121、压力传导腔31传递至压力传感器5，并由其进行测量；固定套2周向均布有多个排油孔6，排油孔6与喷油空间4连通，用于将喷油嘴1喷射出的燃油排出固定套2及连接压套3。

具体地，球头12与连接压套3的压紧密封方式可以采用端面密封、锥面密封，也可以采用线密封等密封方式，图2中示出了端面密封方式，即喷油嘴1在其下方球头12的头部位置加工有密封端面13，连接压套3的上端配合面为端面，球头12通过密封端面13与连接压套3的上端面压紧密封；通过锥面密封连接时，则连接压套3的上端配合面为密封锥面，喷油嘴1的球头12与连接压套3的上端锥面压紧密封。无论是哪一种密封方式，球头12与连接压套3上端配合面的压紧密封处与球头12上的各喷孔不产生干涉，以确保正常喷油工作。

进一步地，所述的引流孔121、压力传导腔31按照压力传感器5的测量要求进行设计加工，以保证合适的压力传递通道，并在保证测量精度的前提下尽可能减小压力传递通道的容积，以提高压力传感器5实测压力与压力室11真实工作压力的一致性，确保最终测量结果的真实性、准确性，具体地，结构设计时，使压力传导腔31与引流孔121连通处的直径与引流孔121的直径一致，另一方面，为了避免发生节流效应，使压力传导腔31与引流孔121形成的所述压力传递通道的直管段部分的总长径比小于2:1，并将压力传导腔31的后部设计成喇叭口形状，所述喇叭口形状的小径端的直径与引流孔121的直径一致。

测量前，将压力传感器5的输出端依次连接放大器8及数据采集仪9，测量时，油泵工作，高压油进入压力室11产生推力，克服弹簧预紧力，使针阀升起，从而使燃油流进压力室11经喷油嘴1的喷孔喷出，压力室11的压力经引流孔121、压力传导腔31传递至压力传感器5，并由其进行测量，放大器8对压力传感器5输出的压力信号进行放大、输出，并通过数据采集仪9进行试验数据的采集和存储，而经喷油嘴1喷孔喷射出的燃油则经过喷油空间4并由固定套2周向设置的多个排油孔排出固定套2和连接压套3。整个测量过程为动态的测量过程。

图3所示的压力室压力曲线图为本发明所述测量装置的实施例之一的测量结果，图中的横坐标表示油泵的凸轮轴转角，纵坐标表示喷油嘴压力室的压力，压力传感器5选用Kistler 4067C型号，压力传感器5的量程为3000bar，精度为0.5%FSO，频响为200kHz，根据其测量要求，将引流孔121的直径设为Φ0.7mm，压力传导腔31与引流孔121连通处的头部直径与引流孔121直径一致，也设为Φ0.7mm，并保证压力传导腔31与引流孔121形成的压力传递通道的的直管段部分的总长径比小于2:1，以在保证测量精度的前提下设置合适的压力传递通道，密封方式上，喷油嘴1的球头12与连接压套3的上端配合面的密封方式采用端面密封，压力传感器5与连接压套3之间也采用端面密封，如此，保证良好的密封效果，另外，在固定套2上设有六个孔径为Φ1mm的排油孔6，排油孔6具有足够大的流通截面，保证了固定套2和连接压套3不会对喷油产生任何背压，同时六个排油孔6周向均布保证了燃油能够迅速排出，上述一系列具体结构的设计，均是为了提高压力传感器5实测压力与压力室11真实工作压力的一致性，根据压力传感器5的测量要求完成测量结构的具体设计和装配后，在轨压1600bar、脉宽2000us的测量工况进行压力室11的压力测量作业，得出图3所示的压力室压力曲线，从图3所示的压力曲线可以看出，压力室压力峰值接近1600bar，压力持续期按时间折算后约为2000us，压力曲线形态合理，与模拟计算的压力室压力结果相比，压力曲线形态高度相似、压力峰值基本一致，只有在压力上升和下降过程中变化略显缓慢，这表明本发明所述测量装置的测量结果与压力室11的真实工作压力高度一致，能够表征真实的喷射压力，测量结果真实可信。

当本发明所述的测量装置应用于球头尺寸稍小的其它喷油嘴的压力室压力测量时，则可选用更为小型化的压力传感器，如Kistler 4065、Kistler 6005等，并按要求适当缩小引流孔、压力传导腔的尺寸，而使用不同压力传感器时，只需重新加工相应的连接压套，即可快速换装不同的压力传感器，而测量装置的其余部件无需重新加工，如此，扩大了本发明所述测量装置的适用范围。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.喷油嘴压力室压力测量装置，包括带有压力室（11）的喷油嘴（1），喷油嘴（1）与固定套（2）固接，固定套（2）设有开口向下的凹槽，其特征在于：固定套（2）通过所述凹槽套接且固定于连接压套（3）的外周，连接压套（3）的上端面与固定套（2）所述凹槽的顶部端面之间留有喷油空间（4），喷油嘴（1）的球头（12）穿过固定套（2）并伸入喷油空间（4），且球头（12）与连接压套（3）的上端配合面压紧密封；球头（12）设有轴向引流孔（121），连接压套（3）设有压力传导腔（31），压力室（11）通过轴向引流孔（121）与压力传导腔（31）连通，连通的压力传导腔（31）与引流孔（121）形成压力室（11）压力的传递通道，压力传感器（5）装在连接压套（3）上，且位于压力传导腔（31）下方；固定套（2）周向均布有多个排油孔（6），排油孔（6）与喷油空间（4）连通。

2.按权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量装置，其特征在于：所述喷油嘴（1）在其下方球头（12）的头部位置加工有密封端面（13），连接压套（3）的所述上端配合面为端面，球头（12）通过密封端面（13）与连接压套（3）的上端面压紧密封。

3.按权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量装置，其特征在于：所述连接压套（3）的所述上端配合面为密封锥面，喷油嘴（1）的球头（12）与连接压套（3）的上端锥面压紧密封。

4.按权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量装置，其特征在于：固定套（2）的所述凹槽与连接压套（3）通过螺纹连接。

5.按权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量装置，其特征在于：压力传导腔（31）与引流孔（121）连通处的直径与引流孔（121）的直径一致。

6.按权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量装置，其特征在于：压力传导腔（31）的后部成喇叭口形状，且所述喇叭口形状的小径端的直径与引流孔（121）的直径一致。

7.按权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量装置，其特征在于：所述压力的传递通道的直管段部分的总长径比小于2:1。