CN105888910B - 一种喷油嘴压力室压力测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷油嘴压力室压力测量方法，燃油系统试验台先向未安装针阀的喷油嘴提供高压燃油，喷油嘴从喷孔喷出高压燃油；测量喷油嘴进口处的喷射压力，和喷油嘴喷孔出口处油束冲击力；根据测得数据计算喷孔流量和对应于喷油嘴进口处的喷射压力的喷油嘴喷孔流量系数。将喷油器的最高工作喷射压力分成n段，多次测量获得试验喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数。然后测量安装有针阀的喷油嘴喷射喷孔冲击力推出喷孔流量；再利用所获得喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，推算出喷孔流量系数，并继续计算出压力室压力。本发明测量中不需要改变喷油嘴压力室结构，不影响喷油嘴中燃油流动，能反映喷油嘴工作时压力室实际压力值。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机喷油系统技术领域，特别是一种喷油嘴压力室压力测量方法。
背景技术
高压喷射能提高燃油雾化以及燃油与空气的混合质量，是提高柴油机动力性，减少油耗，降低颗粒、碳烟有效途径。因此随着燃油系统的发展，其喷射压力越来越高，以满足越来越严格的排放法规和提高发动机热效率的需要。
共轨燃油系统中的高压燃油在共轨管中通过高压油管和喷油器相连，此外一般在共轨管和喷油器之间会装有限流器，喷油器高压油道入口装有滤芯，且还要流经喷油器中的高压油道才会到达喷油嘴头部压力室。燃油流经到这些结构会发生了一定的压力损失，因此在喷油器喷油过程中，喷油器喷孔入口的实际喷油压力(即喷油嘴压力室压力)会小于共轨管中的燃油压力。在共轨系统的设计开发中，提高喷油嘴压力室中燃油压力，才能有效提高燃油系统喷射压力。因此，测量喷油嘴压力室的压力对燃油系统开发有重要的意义。
喷油嘴压力室的尺寸往往很小，一般在1mm以下，几乎不能在喷油嘴头部钻孔安装压力传感器进行测量。且在压力室钻孔安装传感器将改变喷油嘴压力室结构，影响喷油嘴中燃油流动，改变喷油嘴的实际喷油过程，从而不能测量到实际的压力室压力。在喷油嘴盛油槽或喷油嘴密封面上部安装传感器进行压力测量，因为喷油时喷油嘴密封面会发生压力损失，因此这些测量值不能反映喷油嘴压力室压力。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明目的在于提供一种喷油嘴压力室压力测量方法，使测量时的状态与喷油嘴实际工作状态一致，测量出喷油嘴压力室中燃油喷射压力。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)燃油系统试验台向未安装针阀的喷油嘴提供高压燃油，喷油嘴从喷孔喷出高压燃油；测量喷油嘴进口处的喷射压力，和喷油嘴喷孔出口处油束冲击力；根据喷油嘴进口处的喷射压力、环境背压、喷油嘴喷孔出口处油束冲击力、燃油密度和喷孔面积计算喷孔流量和对应于喷油嘴进口处的喷射压力的喷油嘴喷孔流量系数；喷油嘴进口处的喷射压力与未安装针阀的喷油嘴压力室压力相同；
(2)改变喷射压力，重复步骤(1)得到与多个喷射压力相对应的多个喷孔流量和喷孔流量系数，根据多个喷孔流量和喷孔流量系数获得试验喷油嘴多个压力室压力下喷孔流量和喷孔流量系数关系函数；
(3)燃油系统试验台向安装有针阀的喷油嘴提供高压燃油，喷油嘴从喷孔喷出高压燃油；测量喷油嘴喷孔出口处油束冲击力；根据喷油嘴喷孔出口处油束冲击力、燃油密度和喷孔面积计算喷孔流量；
(4)根据步骤(3)中得到的喷孔流量和步骤(2)中得到的喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，得到安装有针阀的喷油嘴喷孔流量系数；根据安装有针阀的喷油嘴喷孔流量系数、步骤(3)中得到的喷孔流量、喷孔面积、燃油密度和环境背压计算得到安装有针阀的喷油嘴压力室压力。
其具体步骤为：
A.在燃油系统试验台上，喷油嘴通过高压油管及共轨管与共轨泵相连，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器，用于测量喷油嘴各个喷孔中燃油的冲击力，测量中喷油嘴不安装针阀，喷油过程开始、结束由油路中的电磁阀控制，电磁阀位于喷油嘴和共轨管之间的高压油路中，同时在喷油嘴和电磁阀之间的高压油路中安装有压力传感器；
B.启动燃油系统试验台架，在系统中建立需要测量的喷射压力，然后电磁阀打开，同时位于喷油嘴前端的压力传感器测量喷油嘴入口喷油压力，从喷孔喷出的燃油喷射到力传感器上，由力传感器测量出油束的冲击力；
C.在喷油嘴喷孔轴线方向，根据动量守恒原理，喷孔出口处燃油动量和压力传感器处喷束动量相等：
m(t)v(t)＝m(t+τ)v(t+τ) (1)
式中：m为质量流量、v为速度、t为时间；τ为燃油由喷油嘴喷到力传感器所经历的时间；
根据冲量定理，力传感器测量出的油束冲击力等于喷束动量变化：
F(t+τ)＝m(t+τ)v(t+τ) (2)
式中：F为力传感器测量出的油束冲击力；
根据质量守恒定律和动量定理可知：
m(t)＝ρ(t)v(t)A (3)
M(t)＝ρ(t)v(t)2A (4)
式中：M为油束冲量，ρ燃油密度，A为喷孔面积；
根据上述式(1)～(4)可得喷孔流量为：
根据流动连续方程和(5)式得喷油嘴喷孔流量系数为：
Δp＝psac-p0 (7)
式中：Δp为压力室和喷孔出口的压力差，psac为压力室压力，p0为环境背压；
测量中步骤B中喷油嘴没有安装针阀，根据流体力学原理在稳定喷射中，压力传感器测量压力等于压力室压力；
D.将喷油器的最高工作喷射压力分成n段，重复步骤B、C测量不同喷射压力下的喷孔流量和喷孔流量系数，分析并处理B步骤中测得的数据，即通过n个喷射压力相对应的n个喷孔流量、喷孔流量系数获得试验喷油嘴n个压力室压力下喷孔流量和喷孔流量系数关系函数；
E.将针阀装入喷油嘴针阀体，喷油嘴装入喷油器；在燃油系统试验台架上将喷油器通过高压油管及共轨管与共轨泵相连，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器，喷油过程由喷油器中的电磁阀控制；
F.启动燃油系统试验台架，喷油器电磁阀打开，喷油器喷油，由力传感器测量出油束的冲击力，并由(5)式推出喷孔流量；
G.根据式(5)(6)(7)可得压力室压力为：
将步骤F中测量的喷孔流量对照步骤D获得的试验喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，获得喷孔流量系数，并根据式(8)继续推演出压力室压力。
其进一步特征在于：所述步骤B、D、F中，测量用燃油温度控制在38℃～42℃。
所述步骤B、D中，压力传感器测量值波动小于±1％。
上述测量步骤次序可以调整为步骤(3)、(1)、(2)、(4)。
上述具体测量步骤次序可以调整为步骤E、F、A、B、C、D、G。
本发明公开了一种喷油嘴压力室压力测量方法，首先在燃油系统试验台架上安装不带针阀的喷油嘴针阀体，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器，用于测量喷油嘴各个喷孔中燃油的冲量，喷油过程开始、结束由高压油管中的电磁阀控制；当燃油喷射稳定后，由喷油嘴入口前压力传感器测得燃油压力，同时根据动量守恒原理、冲量定理及力传感器测量值，可计算出喷孔流量和喷孔流量系数。将喷油器的最高工作喷射压力分成n段，多次测量获得试验喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数。然后将针阀装入喷油嘴针阀体，喷油嘴装入喷油器；将喷油器装入燃油系统试验台架，测量冲击力推出喷孔流量；在利用所获得喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，推算出喷孔流量系数，并继续计算出压力室压力；本发明能够测量喷油嘴压力室中的压力，且测量中不需要改变喷油嘴压力室结构，不影响喷油嘴中燃油流动，能反映喷油嘴工作时压力室实际压力值。
附图说明
图1显示了本发明一种喷油嘴压力室压力测量方法装置(喷油嘴不带针阀时)示意图。
图2显示了本发明一种喷油嘴压力室压力测量方法装置(喷油器)示意图。
图中：1-试验台；2-共轨泵；3-高压油管；4-共轨管；5-电磁阀；6-压力传感器；7-针阀体；8-力传感器；9-控制单元；10-针阀。
具体实施方式
下面结合附图1、2对本发明作进一步详细的说明。
一种喷油嘴压力室压力测量方法，其包含以下步骤：
A.如图1所示在燃油系统试验台1上，喷油嘴通过夹具连接高压油管，实现和共轨管4、共轨泵2相连，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器8，用于测量喷油嘴各个喷孔中燃油的冲击力；测量中喷油嘴不安装针阀，喷油过程开始、结束由油路中的电磁阀5控制，电磁阀5位于喷油嘴和共轨管4之间的高压油管3中；同时在喷油嘴和电磁阀5之间的高压油路中安装有压力传感器6；电磁阀5、力传感器8、压力传感器6和控制单元9连接，实现控制单元9对电磁阀5的控制和力传感器8、压力传感器6数据的采集。
B.启动燃油系统试验台架，在系统中建立需要测量的喷射压力，然后电磁阀5打开，同时位于喷油嘴前端的压力传感器6测量喷油嘴入口喷油压力，从喷孔喷出的燃油喷射到力传感器8上，由力传感器8测量出油束的冲击力。
C.在喷油嘴喷孔轴线方向，根据动量守恒原理，喷孔出口处燃油动量和压力传感器处喷束动量相等：
m(t)v(t)＝m(t+τ)v(t+τ) (1)
式中：m、v、t分别为质量流量、速度和时间；τ为燃油由喷油嘴喷到力传感器所经历的时间；
根据冲量定理，力传感器8测量出的油束冲击力等于喷束动量变化：
F(t+τ)＝m(t+τ)v(t+τ) (2)
式中：F为力传感器测量出的油束冲击力；
根据质量守恒定律和动量定理可知：
m(t)＝ρ(t)v(t)A (3)
M(t)＝ρ(t)v(t)2A (4)
式中：M为油束油束冲量，ρ燃油密度，A为喷孔面积；
根据上述式(1)～(4)可得喷孔流量为：
根据流动连续方程和(5)式得，喷油嘴喷孔流量系数为：
Δp＝psac-p0 (7)
式中：Δp为压力室和喷孔出口的压力差，psac为压力室压力，p0为环境背压；
测量中步骤B中喷油嘴没有安装针阀，根据流体力学原理在稳定喷射中，压力传感器测量压力等于压力室压力。
D.将喷油器的最高工作喷射压力分成n段，重复步骤B、C测量不同喷射压力下的喷孔流量和喷孔流量系数，分析并处理B步骤中测得的数据，即通过n个喷射压力相对应的n个喷孔流量、喷孔流量系数可获得试验喷油嘴n个压力室压力下喷孔流量和喷孔流量系数关系函数。
E、如图2所示，将喷油嘴从燃油系统试验台1上卸下，针阀10装入喷油嘴针阀体，喷油嘴装入喷油器；在燃油系统试验台1上将喷油器通过高压油管3及共轨管4与共轨泵2相连，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器8，高压油路中不再需要安装电磁阀，喷油过程由喷油器中的电磁阀控制。
F、启动燃油系统试验台1，喷油器电磁阀打开，喷油器喷油，由力传感器8测量出油束的冲击力，并由(5)式推出喷孔流量。
G、将式(5)(7)带入(6)可得压力室压力为：
将步骤F中测量的喷孔流量对照步骤D获得的试验喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，获得喷孔流量系数，并根据式(8)继续推演出压力室压力。
所述步骤B、D、F中，测量用燃油温度控制在38℃～42℃。
所述步骤B、D中，压力传感器测量值波动小于±1％。
所述测量步骤中也可以先进行步骤E、F测量装配好的喷油器喷孔流量；然后再进行步骤A、B、C、D获得试验喷油嘴n个压力室压力下喷孔流量和喷孔流量系数关系函数；最后进行步骤G。
本发明能够测量喷油嘴压力室中的压力，测量时的状态与喷油嘴实际工作状态一致，不需要改变喷油嘴压力室结构，不影响喷油嘴中燃油流动，能反映喷油嘴工作时压力室实际工作压力值。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)燃油系统试验台向未安装针阀的喷油嘴提供高压燃油，喷油嘴从喷孔喷出高压燃油；测量喷油嘴进口处的喷射压力，和喷油嘴喷孔出口处油束冲击力；根据喷油嘴进口处的喷射压力、环境背压、喷油嘴喷孔出口处油束冲击力、燃油密度和喷孔面积计算喷孔流量和对应于喷油嘴进口处的喷射压力的喷油嘴喷孔流量系数；喷油嘴进口处的喷射压力与未安装针阀的喷油嘴压力室压力相同；
(2)改变喷射压力，重复步骤(1)得到与多个喷射压力相对应的多个喷孔流量和喷孔流量系数，根据多个喷孔流量和喷孔流量系数获得试验喷油嘴多个压力室压力下喷孔流量和喷孔流量系数关系函数；
(3)燃油系统试验台向安装有针阀的喷油嘴提供高压燃油，喷油嘴从喷孔喷出高压燃油；测量喷孔出口处油束冲击力；根据喷油嘴喷孔出口处油束冲击力、燃油密度和喷孔面积计算喷孔流量；
(4)根据步骤(3)中得到的喷孔流量和步骤(2)中得到的喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，得到安装有针阀的喷油嘴喷孔流量系数；根据安装有针阀的喷油嘴喷孔流量系数、步骤(3)中得到的喷孔流量、喷孔面积、燃油密度和环境背压计算得到安装有针阀的喷油嘴压力室压力。
2.根据权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于，步骤(1)的具体步骤为：
A.在燃油系统试验台上，喷油嘴通过高压油管及共轨管与共轨泵相连，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器，用于测量喷油嘴各个喷孔中燃油的冲击力，测量中喷油嘴不安装针阀，喷油过程开始、结束由油路中的电磁阀控制，电磁阀位于喷油嘴和共轨管之间的高压油路中，同时在喷油嘴和电磁阀之间的高压油路中安装有压力传感器；
B.启动燃油系统试验台架，在系统中建立需要测量的喷射压力，然后电磁阀打开，同时位于喷油嘴前端的压力传感器测量喷油嘴入口喷油压力，从喷孔喷出的燃油喷射到力传感器上，由力传感器测量出油束的冲击力；
C.在喷油嘴喷孔轴线方向，根据动量守恒原理，喷孔出口处燃油动量和压力传感器处喷束动量相等：
m(t)v(t)＝m(t+τ)v(t+τ) (1)
式中：m为质量流量、v为速度、t为时间；τ为燃油由喷油嘴喷到力传感器所经历的时间；
根据冲量定理，力传感器测量出的油束冲击力等于喷束动量变化：
F(t+τ)＝m(t+τ)v(t+τ) (2)
式中：F为力传感器测量出的油束冲击力；
根据质量守恒定律和动量定理可知：
m(t)＝ρ(t)v(t)A (3)
M(t)＝ρ(t)v(t)2A (4)
式中：M为油束冲量，ρ燃油密度，A为喷孔面积；
根据上述式(1)～(4)可得喷孔流量为：
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根据流动连续方程和式(5)得喷油嘴喷孔流量系数为：
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△p＝psac-p0 (7)
式中：△p为压力室和喷孔出口的压力差，psac为压力室压力，p0为环境背压；
测量中步骤B中喷油嘴没有安装针阀，根据流体力学原理在稳定喷射中，压力传感器测量压力等于压力室压力；
步骤(2)的具体步骤为：
D.将喷油器的最高工作喷射压力分成n段，重复步骤B、C测量不同喷射压力下的喷孔流量和喷孔流量系数，分析并处理B步骤中测得的数据，即通过n个喷射压力相对应的n个喷孔流量、喷孔流量系数获得试验喷油嘴n个压力室压力下喷孔流量和喷孔流量系数关系函数；
步骤(3)的具体步骤为：
E.将针阀装入喷油嘴针阀体，喷油嘴装入喷油器；在燃油系统试验台架上将喷油器通过高压油管及共轨管与共轨泵相连，在喷油嘴喷孔外安装有力传感器，喷油过程由喷油器中的电磁阀控制；
F.启动燃油系统试验台架，喷油器电磁阀打开，喷油器喷油，由力传感器测量出油束的冲击力，并由(5)式推出喷孔流量；
步骤(4)的具体步骤为：
G.根据式(5)(6)(7)可得压力室压力为：
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将步骤F中测量的喷孔流量对照步骤D获得的试验喷油嘴喷孔流量和喷孔流量系数关系函数，获得喷孔流量系数，并根据式(8)继续推演出压力室压力。
3.根据权利要求2所述的喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于：所述步骤B、D、F中，测量用燃油温度控制在38℃～42℃。
4.根据权利要求2所述的喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于：所述步骤B、D中，压力传感器测量值波动小于±1％。
5.根据权利要求1所述的喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于：所述测量步骤次序调整为步骤(3)、(1)、(2)、(4)。
6.根据权利要求2-4任一项所述的喷油嘴压力室压力测量方法，其特征在于：所述测量步骤次序调整为步骤(3)、(1)、(2)、(4)。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 共轨喷油器喷油嘴压力室压力研究;刘敏等;《现代车用动力》;20141130(第4期);全文 * |
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| Publication number | Publication date |
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| CN105888910A (zh) | 2016-08-24 |
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