CN106089532B - 汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台 - Google Patents

汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台 Download PDF

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Abstract

一种内燃机技术领域的汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台，包括底座、支撑柱、喷油器安装板、喷油器紧固连接件、喷油器燃油入口安装座、喷口加热部件、隔热层、温度控制部件、燃油供给系统和喷油控制部件等部件，本发明通过喷口加热部件和温度控制系统控制喷油器头部温度以模拟发动机缸内喷油器附近温度环境，通过供油系统提供一定压力的燃油，通过喷油控制系统控制喷油过程。本发明可以对发动机喷油器积炭实验过程中的参数进行单参数变化，研究单一变量如喷口温度、喷油压力、喷油脉宽、喷油频率和燃油成分等对积炭的影响。本发明设计合理，结构简单，适用于喷油器积炭生成实验平台的优化设计。

Description

汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台
技术领域
本发明涉及一种内燃机技术领域的喷油器运行条件的模拟实验平台，尤其是一种用于模拟缸内直喷汽油机喷油器内积炭生成所需温度场的实验平台。
背景技术
汽车行业的发展对发动机的排放性能、燃油经济性、驾驶性能以及舒适性能提出了新的要求。目前，新型先进的燃油喷射系统是能够满足新的要求的关键技术之一，其可在不同操作条件下精确可重复喷射最小数量的燃油，并能保证极好的雾化质量。但是，在直喷和高速直喷系统中，选用的喷油器喷孔尺寸趋于越小化，喷油器喷孔内产生积炭后会导致燃油流通面积的降低，从而降低燃油的流量，造成发动机扭矩和输出功率的下降；另外喷孔内积炭会改变燃油喷雾的形态，使得发动机缸内空气与燃油的混合均匀性变差，进而影响燃烧的进行，降低燃烧效率、增加碳烟排放等。因此，研究喷油器积炭的形成机理以及影响因素对控制发动机喷油器喷嘴积炭具有重要意义。
目前对喷油器积炭的研究主要方法是在发动机台架上，在一定工况条件下长时间运行发动机，试验结束后，对比喷油器前后的变化。这种方法的主要问题在于：(1)试验费用高，产生积炭需要的时间过长，造成燃油消耗、电力消耗和人力资源消耗大；(2)由于发动机运行过程中会受到多种因素的影响，如温度、湿度、管路状况、发动机状态等，影响因素复杂，造成不能精确获得发动机内喷油器所处的环境条件，特别是喷口温度状态无法精确控制，造成对最终的实验结果解释不清；(3)系统复杂、昂贵，操作繁琐，不利于积炭研究的广泛、顺利开展。
发明内容
为了解决现有的发动机缸内直喷喷油器积炭实验方法成本高、影响因素复杂造成的结果不清晰的问题，本发明提出了一种新型的喷油器积炭实验平台。其工作原理为：使用电加热的方式直接在外部模拟发动机中喷油器头部所处的温度条件，按照发动机中的实际工况，精确控制喷油器喷口温度、喷射条件如喷油压力、喷油脉宽、喷油频率等条件参数，并可以很容易地改变实验使用的燃油，从而研究各条件参数对发动机喷油器积炭的影响规律。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括底座、支撑柱、喷油器安装板、喷油器紧固连接件、燃油入口安装座、喷口加热部件、隔热层、温度控制部件、燃油供给系统、喷油控制部件、贴片式热电偶、线束、喷油器、油管，四根支撑柱使用螺纹连接固定在底座上，喷油器安装板使用螺钉固定在支撑柱上，喷油器布置在喷油器安装板上，喷油器紧固件使用四根螺钉固定在喷油器安装板的上方，喷油器的上端布置在燃油入口安装座内，燃油入口安装座使用四根螺栓与喷油器紧固件进行连接，喷口加热部件使用四根螺钉在喷油器安装板下方，喷口加热部件和喷油器安装板之间放置隔热层，喷口加热部件中插有加热片，喷油器的下端布置在喷口加热部件内，贴片式热电偶布置在喷口加热部件上，燃油供给系统通过油管与燃油入口安装座相连接，温度控制部件通过线束分别与喷口加热部件、贴片式热电偶相连接，喷油控制部件通过线束与喷油器相连接。
进一步地，在本发明中，底座四个角上分布有四个螺纹孔，与支柱2进行螺纹连接。
更进一步地，在本发明中，支柱一端外螺纹与底座连接，一端内螺纹与喷油器安装板连接。
更进一步地，在本发明中，喷油器安装板中心按照所使用的喷油器的形状加工安装槽，喷油器紧固件、喷口加热部件、隔热层、喷油器安装板中心的喷油器安装槽同心安装。
更进一步地，在本发明中，喷油器紧固件呈圆筒状，内径尺寸根据喷油器的尺寸选用，长度根据喷油器长度确定，两端法兰分别通过4根螺钉螺栓与喷油器安装板、燃油入口安装座相连接。
更进一步地，在本发明中，喷口加热部件中心是通孔，通孔尺寸比喷油器的头部尺寸略大，喷油器头部端面与喷口加热部件的下表面平齐，喷口加热部件的材料为铝合金，喷口加热部件上的加热片安装槽在中心通孔周围呈圆周均布，加热片安装槽为多层设置。
更进一步地，在本发明中，温度控制部件使用放置在喷油器头部的贴片式热电偶进行温度的反馈控制。
更进一步地，在本发明中，燃油供给系统使用高压氮气和蓄能器提供燃油喷射所需的压力，通过进油口置换实验所用的燃油。
更进一步地，在本发明中，喷油控制部件通过控制喷油器针阀的作动过程控制喷油频率、喷油脉宽。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：第一，实验操作简单，燃油消耗、电力消耗和人力消耗小，实验成本极低；第二，可以对实验过程中的参数进行单参数变化，研究单一变量如喷口温度、喷油压力、喷油脉宽、喷油频率和燃油成分等对积炭的影响，实验条件与实验结果的对应清晰明了，对实验结果的解释可信度高；第三，设备相对简单，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为平台主体剖面图；
图3为喷油器安装座示意图及其剖面图；
图4为加热部件结构示意图；
图5为加热部件剖面图；
图6为喷油器紧固连接件正视图；
图7为喷油器紧固连接件俯视图；
图8为供油系统示意图；
其中：1、底座，2、支撑柱，3、喷油器安装板，4、喷油器紧固连接件，5、燃油入口安装座，6、喷口加热部件，7、隔热层，8、温度控制部件，9、燃油供给系统，10、喷油控制部件，11、贴片式热电偶，12、线束，13、喷油器，14、油管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1至图8所示，本发明包括底座1、支撑柱2、喷油器安装板3、喷油器紧固连接件4、燃油入口安装座5、喷口加热部件6、隔热层7、温度控制部件8、燃油供给系统9、喷油控制部件10、贴片式热电偶11、线束12、喷油器13、油管14，四根支撑柱2使用螺纹连接固定在底座1上，喷油器安装板3使用螺钉固定在支撑柱2上，喷油器13布置在喷油器安装板3上，喷油器紧固件4使用四根螺钉固定在喷油器安装板3的上方，喷油器13的上端布置在燃油入口安装座5内，燃油入口安装座5使用四根螺栓与喷油器紧固件4进行连接，喷口加热部件6使用四根螺钉固定在喷油器安装板3下方，喷口加热部件6和喷油器安装板3之间放置隔热层7，喷口加热部件6中插有加热片，喷油器13的下端布置在喷口加热部件6内，贴片式热电偶11布置在喷口加热部件6上，燃油供给系统9通过油管14与燃油入口安装座5相连接，温度控制部件8通过线束12分别与喷口加热部件6、贴片式热电偶11相连接，喷油控制部件10通过线束12与喷油器13相连接；喷口加热部件6采用双层加热片安装槽设计，共计12个加热片安装槽，通过法兰与喷油器安装板3紧固连接，且外部包覆有保温隔热材料。
在本发明中，喷口加热部件6中插有加热片，通电后对喷油器头部进行加热，使用温度控制部件8对喷油器头部进行温度控制，包括升温、保温、降温等过程，燃油供给系统9为喷油器提供所需压力的燃油，喷油控制部件10控制燃油喷射过程，按照实验既定的程序进行试验，最后获得积有内部积炭的喷油器。
在本发明的实施过程中，使用的喷油器13是汽油机缸内直喷喷油器，喷嘴长27.5mm，全长185mm；实验用油为95号汽油，喷射压力9MPa，喷油脉宽0.9ms，喷油频率400次/分钟，喷口温度控制在180℃左右；积炭试验程序为升温4分钟、喷油15s、保温40分钟、降温15分钟为一循环，共计44个循环；实验前后测量喷油器喷油量，通过喷油器积炭前后喷油量变化，确定喷油器积炭程度。温度控制部件8使用放置在喷油器头部的贴片式热电偶进行温度的反馈控制，温度设定180℃，实际温度范围179℃-182℃。按照升温4分钟、保温40分钟、降温15分钟的实验程序，通过控制喷口加热部件6中加热片的供电进行实验过程的加热、保温、降温控制。燃油供给系统9使用高压氮气和蓄能器提供燃油喷射所需的压力，压力是定为9MPa，95号汽油从进油口加入到蓄能器中。喷油控制部件10通过控制喷油器针阀的作动过程控制喷油频率400次/min、喷油脉宽0.9ms，程序设定为每隔1小时喷射15s。喷油器在头部保温温度180℃、喷油压力9MPa、喷油频率400次/分钟、喷油脉宽0.9ms，市面95号汽油条件下，以升温4分钟、喷油15s、保温40分钟、降温15分钟的工作循环进行44小时的积炭程序，实验前后观察到喷油器流量的下降。

Claims (3)

1.一种汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台，包括底座(1)、支撑柱(2)、喷油器安装板(3)，四根支撑柱(2)使用螺纹连接固定在底座(1)上，喷油器安装板(3)使用螺钉固定在支撑柱(2)上，其特征在于，还包括喷油器紧固连接件(4)、燃油入口安装座(5)、喷口加热部件(6)、隔热层(7)、温度控制部件(8)、燃油供给系统(9)、喷油控制部件(10)、贴片式热电偶(11)、线束(12)、喷油器(13)、油管(14)，喷油器(13)布置在喷油器安装板(3)上，喷油器紧固件(4)使用四根螺钉固定在喷油器安装板(3)的上方，喷油器(13)的上端布置在燃油入口安装座(5)内，燃油入口安装座(5)使用四根螺栓与喷油器紧固件(4)进行连接，喷口加热部件(6)使用四根螺钉固定在喷油器安装板(3)下方，喷口加热部件(6)和喷油器安装板(3)之间放置隔热层(7)，喷口加热部件(6)中插有加热片，喷油器(13)的下端布置在喷口加热部件(6)内，贴片式热电偶(11)布置在喷口加热部件(6)上，燃油供给系统(9)通过油管(14)与燃油入口安装座(5)相连接，温度控制部件(8)通过线束(12)分别与喷口加热部件(6)、贴片式热电偶(11)相连接，喷油控制部件(10)通过线束(12)与喷油器(13)相连接；
所述底座(1)四个角上分布有四个螺纹孔，与支柱(2)进行螺纹连接；
所述支柱(2)一端外螺纹与底座(1)连接，一端内螺纹与喷油器安装板(3)连接；
所述喷油器安装板(3)中心按照所使用的喷油器(13)的形状加工安装槽，喷油器紧固件(4)、喷口加热部件(6)、隔热层(7)、喷油器安装板(3)中心的喷油器安装槽同心安装；
所述喷油器紧固件(4)呈圆筒状，内径尺寸根据喷油器(13)的尺寸选用，长度根据喷油器(13)长度确定，两端法兰分别通过4根螺钉螺栓与喷油器安装板(3)、燃油入口安装座(5)相连接；
所述喷口加热部件(6)中心是通孔，通孔尺寸比喷油器(13)的头部尺寸略大，喷油器(13)头部端面与喷口加热部件(6)的下表面平齐，喷口加热部件(6)的材料铝合金，喷口加热部件(6)上的加热片安装槽在中心通孔周围呈圆周均布，加热片安装槽为多层设置；
所述温度控制部件(8)使用放置在喷油器头部的贴片式热电偶(11)进行温度的反馈控制。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台，其特征在于所述燃油供给系统(9)使用高压氮气和蓄能器提供燃油喷射所需的压力，通过进油口置换实验所用的燃油。
3.根据权利要求2所述的汽车发动机缸内直喷喷油器积炭生成实验平台，其特征在于所述喷油控制部件(10)通过控制喷油器针阀的作动过程控制喷油频率、喷油脉宽。
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