CN106907281A - 一种共轨喷油器回油的油气分离及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，包括泵油组件、喷油器、液气检测组件和保温组件,泵油组件将燃油加压后供给喷油器，喷油器的回油管与液气检测组件连接,液气检测组件设于保温组件内。与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过液气分离器，可以将回油当中的气体和液体进行分离，得到了回油当中气、液两相流体恒温下的流速，对气、液两相进行独立测量，区分静态回油量及动态回油量，该检测结果与单次喷射仪配合，可以建立喷油器喷油、回油、回油中的气体的评价体系。
Description
技术领域
本发明属于喷油器加工与精密检测技术领域，涉及一种共轨喷油器回油的油气分离及检测装置。
背景技术
已有的研究表明，共轨喷油器在高压喷射下，控制阀反复的开启和关闭过程中会产生燃油压力的急剧变化，而当压力降低到低于燃油的饱和蒸汽压时，燃油中将会有气体产生。
以目前市场上常用的160MPa的喷油器举例，当喷油器内的压力为160MPa，通过控制阀之后到回油口的压力为2-5bar(1bar＝0.1MPa)，在通过截面积急剧变化的通道，易于产生空化现象。
图2是控制阀的局部放大图，可以看到控制阀阀体和密封球能够达到密封效果。由于流动在各个圆周方向的相似性，这里进行了局部计算，如图3所示，可以清楚看到在密封面附近沿着控制阀座面的方向存在局部气体的区域，也就是说该区域发生了空化现象，由于空化的气泡的破裂会冲击固体表面而对固体表面产生穴蚀破坏，图4中的实物照片可以清楚地看到在控制阀阀体的密封面附近发生了穴蚀破坏，也说明在喷射过程中的确有气体产生，而日常的试验研究中通过透明管路也非常容易观测到在回油中存在气泡。
目前的喷油器回油测量采取的是200次连续稳定喷射，让回油中的气体自然释放在空气中，液体滴入常温环境内的试管，人工读取刻度来记录回油液体的体积，不对静态回油及动态回油进行独立测量及区分。
液态的回油不能确定喷油器的性能，特别是喷油量特性的好坏，原因在于液态的回油中包含静态泄漏部分和动态泄漏部分，而只有在喷射过程中的动态泄漏才产生气体，静态泄漏不产生气体，因此用回油量这样笼统的检测方法无法区分喷油器的质量。
多次喷射过程累积的喷油量的体积测量的方法需要在恒温的状态下才有效。温度对密度的影响非常大，而通常的测试直接在常温的状态下测量，忽视了温度对测量结果的影响。
目前采取的200次连续稳定喷射的检测方法存在以下缺点：
(1)回油液体体积的测量评价忽视了回油中气体的存在。
(2)液态的回油中包含静态泄漏部分和动态泄漏部分；从控制活塞、针阀导向以及孔板密封平面的静态泄漏并不产生气体，而只有在喷射过程中的动态泄漏才产生气体；回油中气体的测量可以用来分析喷油器喷射过程中的动态泄漏，而动态泄漏影响喷油器的喷油量；现有方案测量没有区分回油组成中的静态泄漏和动态泄漏，容易造成喷油器工作特性分组的误判。
(3)累积测量多次喷射的回油液体体积会受到温度的影响，测试结果受环境温度的影响较大。
目前的喷油器的生产制造采用喷油量和回油量进行控制，对满足检验标准的喷油器进行分组。但是由于影响喷油器喷油量的主要因素在于动态的回油特性，目前的回油液体体积包含了喷油器制造误差造成的静态泄漏的差别。所以现有的喷油器分组评价不精确。
需要一种能将回油中的液体和气体分开测量的检测装置，由于回油中的气体量较小，因此，回油中气体量的测量分析将精确显示出喷射的喷油量的差别，通过回油中气体的量对喷油器进行分级，则多缸发动机的各缸喷油器均匀性更好。
发明内容
本发明需要解决的问题是针对上述现有技术忽视了回油中气体的存在，容易造成喷油器工作特性分组的误判，测试结果受环境温度的影响较大的不足，而提供一种利用回油中的气体量的测量分析，放大喷射的喷油量的差别，而且检测结果不受环境温度影响的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，包括泵油组件、喷油器、液气检测组件和保温组件,泵油组件将燃油加压后供给喷油器，喷油器的回油管与液气检测组件连接,液气检测组件设于保温组件内，
所述的液气检测组件包括液气分离器、气体流量计、液体流量计和控制和显示单元，回油管将经喷油器的回油口溢出的燃油输入液气分离器中，液气的分离采用了重力沉降法来实现，气体则聚集在液气分离器的上部，而液体流入液气分离器的下部，液气分离器的上部连接有排气管，排气管上设有气体流量计，气体通过气体流量计之后排出到大气，液气分离器的侧边连接有出油管，出油管上设有液体流量计，气体流量计和液体流量计将检测到的结果输送给控制和显示单元；
所述的保温组件包括恒温箱和恒温装置，恒温装置设于恒温箱内，恒温装置通过控制和显示单元调控。
喷油器的喷油嘴插入单次喷射仪，单次喷射仪通过泄油管与集油箱连接，泄油管上设有用于检测每循环的喷油量的喷油量监测单元，喷油量监测单元将检测到的结果输送给控制和显示单元，单次喷射仪内经过检测的燃油回流入集油箱，集油箱内的燃油通过低压油管供给泵油组件。
所述的泵油组件的泵油量通过高压泵上设置的转速传感器测得的角度来测定，转速传感器将测得的角度信号输送给控制和显示单元，
控制和显示单元与ECU连接，ECU计算得到单位时间内的液体回油量和气体量，可以获得固定的时间段内高压泵供应的燃油的量、喷油嘴的喷油量、回油口溢出的燃油量和排出的气体量，从而在控制和显示单元上根据客户的需要选择性显示。
液气分离器内的燃油通过液体流量计后流入集油箱。
恒温装置设定的温度范围为40℃-140℃，精度为±0.5℃。
气体流量计为小流量气体体积流量测量仪，液体流量计为小流量液体体积流量测量仪，流量范围均为0.01mL/s--10mL/s，流量测试结果为数字化的电信号。液体流量计的测量结果可通过已知的不同温度下的燃油密度换算成质量流量。
喷油器的回油管引入口和气体的引出口均布置在液气分离器的上部，出油管的引出口在液气分离器的中部。
出油管的引出口的位置低于液气分离器内液面的高度，且液体流量计的位置与液气分离器内液面的高度保持一致。
喷油器性能评价方法中的回油中含有的气体量、液体量与喷油器的喷射时间相关，ECU中的控制脉宽的信号须参与喷油器的性能评价中，喷油器的回油的气体和液体的稳态测量须折算到喷油器不同控制脉宽对应的单次循环结果中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过液气分离器，可以将回油当中的气体和液体进行分离，得到了回油当中气、液两相流体恒温下的流速，对气、液两相进行独立测量，区分静态回油量及动态回油量，该检测结果与单次喷射仪配合，可以建立喷油器喷油、回油、回油中的气体的评价体系。
(2)回油中的气体含量与动态喷射过程中的喷油量正相关，通过气体检测的结果可以有效地分析出喷油器喷射过程中泄漏量的大小，与喷油器的动态喷油量对应起来，避免了因为各喷油器制造误差带来的静态泄漏的差别。
(3)由于气体量较小，气体流量检测结果放大了同批次各个喷油器喷油之间的差别，与单次喷油量结合，可以对喷油器进行更为细致的分组，有效评价喷油器的动态回油特性，利于生产中的喷油器的测试和分级处理，
(4)故障喷油器的免拆解快速故障分析，根据静态泄漏量可以快速准确的分析评价喷油器的控制阀磨损故障。
(5)可以通过喷油器的回油量迅速判断出检测喷油器的回油量是否超差。
(6)是喷油器的性能开发的得力工具和重要检验方法。
附图说明
图1是本发明的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置的结构示意图；
图2是控制阀的局部放大图；
图3是密封面附近沿着控制阀座面的方向的气压分布图；
图4是发生了穴蚀破坏的控制阀阀体的密封面的结构示意图。
其中，1-电动机；2-高压油管；3-高压泵；4-转速传感器；5-压力传感器；6-ECU；7-共轨管；8-进油口；9-喷油器；10-电磁铁；11-回油管；12-恒温箱；13-液气分离器；14-排气管；15-出油管；16-气体流量计；17-控制和显示单元；18-恒温装置；19-集油箱；20-液体流量计；21-泄油管；22-喷油量监测单元；23-喷油嘴；24-单次喷射仪；25-控制阀；26-密封球；27-控制阀阀体；28-回油口，29-低压油管。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，包括泵油组件、喷油器9、液气检测组件和保温组件,泵油组件将燃油加压后供给喷油器9，喷油器9的回油管11与液气检测组件连接,液气检测组件设于保温组件内，
所述的液气检测组件包括液气分离器13、气体流量计16、液体流量计20和控制和显示单元17，回油管11将经喷油器9的回油口28溢出的燃油输入液气分离器13中，液气的分离采用了重力沉降法来实现，气体则聚集在液气分离器13的上部，而液体流入液气分离器13的下部，液气分离器13的上部连接有排气管14，排气管14上设有气体流量计16，气体通过气体流量计16之后排出到大气，液气分离器13的侧边连接有出油管15，出油管15上设有液体流量计20，气体流量计16和液体流量计20将检测到的结果输送给控制和显示单元17；通过液气分离器13，可以将回油当中的气体和液体进行分离，得到了回油当中气、液两相流体恒温下的流速，对气、液两相进行独立测量，区分静态回油量及动态回油量，该检测结果与单次喷射仪24配合，可以建立喷油器9喷油、回油、回油中的气体的评价体系；
所述的保温组件包括恒温箱12和恒温装置18，恒温装置18设于恒温箱12内，恒温装置18通过控制和显示单元17调控；气、液相的体积测量比较容易实现，但体积测量容易忽视油温和环境温度的影响，采用保温组件可以保证样本采集和测量的过程均在恒温状态下进行，很好的克服这一缺陷。
喷油器9的喷油嘴23插入单次喷射仪24，单次喷射仪24通过泄油管21与集油箱19连接，泄油管21上设有用于检测每循环的喷油量的喷油量监测单元22，喷油量监测单元22将检测到的结果输送给控制和显示单元17，单次喷射仪24内经过检测的燃油回流入集油箱19，集油箱19内的燃油通过低压油管29供给泵油组件。与单次喷油量结合，可以对喷油器9进行更为细致的分组，有效评价喷油器9的动态回油特性，利于生产中的喷油器9的测试和分级处理，
液气检测组件与单次喷射仪24配合使用，回油中的气体含量与动态喷射过程中的喷油量正相关，通过气体检测的结果可以有效地分析出喷油器9喷射过程中泄漏量的大小，与喷油器9的动态喷油量对应起来，避免了因为各喷油器9制造误差带来的静态泄漏的差别。
所述的泵油组件包括电动机1、高压泵3、共轨管7和电子控制单元ECU6，高压泵3上设有转速传感器4，共轨管7上设有压力传感器5；在ECU6的控制之下，集油箱19内的燃油在电动机1的带动下，从低压油管29进入高压泵3，高压泵3对燃油进行压缩，压缩后的燃油经过高压油管2通往共轨管7，共轨管7上其中一路的燃油经过另一根高压油管2接入喷油器9的进油口8进入喷油器9；
所述的ECU6内预设有开始喷油时的共轨管7内压力值，共轨管7内压力的大小通过共轨管7上布置的压力传感器5反馈给ECU6，未达到预设压力值且无ECU6喷油指令时，喷油器9的喷油嘴23不喷油，且高压泵3持续供油，燃油在共轨管7、高压油管2和另一根高压油管2的容腔内形成高压，泵油量通过高压泵3上设置的转速传感器4测得的角度来测定，转速传感器4将测得的角度信号反馈给ECU6，压力传感器5测量得到的压力值等于ECU6预设的压力值后，ECU6根据预设程序发出喷油指令，驱动设置在喷油器9上面的电磁铁10，电磁铁10控制控制阀25开启，喷油器9的工作原理决定控制阀25能够控制喷油嘴23开启和关闭来完成一次喷油过程；
转速传感器4将检测到的结果输送给控制和显示单元17，
控制和显示单元17与ECU6连接，ECU6计算得到单位时间内的液体回油量和气体量，可以获得固定的时间段内高压泵3供应的燃油的量、喷油嘴23的喷油量、回油口28溢出的燃油量和排出的气体量，从而在控制和显示单元17上根据客户的需要选择性显示。
液气分离器13内的燃油通过液体流量计20后流入集油箱19。
恒温装置18设定的温度范围为40℃-140℃，精度为±0.5℃，恒温装置18的恒温功能可将检测温度设定成标准温度以保证测量环境不受到季节和温度的影响，保证流量测量数据的稳定性，利于喷油器9的性能检测和一致性评价。
由于经过液气分离器13出来通过排气管14的流体为气态，其流速慢，流量小，密度低；所以气体流量计16为小流量气体体积流量测量仪；由于气体量较小，气体流量检测结果放大了同批次各个喷油器9喷油之间的差别，
由于液态回油量要比气体大，但与喷油量相比还是比较小，所以液体流量计20为小流量液体体积流量测量仪，由于燃油的质量流量易受制于密度的变化，所以也采用体积型流量计，流量范围均为0.01mL/s--10mL/s，流量测试结果为数字化的电信号；
液体流量计20的测量结果可通过已知的不同温度下的燃油密度换算成质量流量。
喷油器9的回油管11引入口和气体的引出口均布置在液气分离器13的上部，出油管15的引出口在液气分离器13的中部。
出油管15的引出口的位置低于液气分离器13内液面的高度，且液体流量计20的位置与液气分离器13内液面的高度保持一致，位置高度的制定原则是要保证回油管11出来的燃油流入液气分离器13时，产生的波动不会影响到测试结果，能够保证排气管14上的气体流量计16和出油管15上设置的液体流量计20获得稳定的测试数据。
喷油器9性能评价方法中的回油中含有的气体量、液体量与喷油器9的喷射时间相关，ECU6中的控制脉宽的信号须参与喷油器9的性能评价中，喷油器9的回油的气体和液体的稳态测量须折算到喷油器9不同控制脉宽对应的单次循环结果中，可具体根据不同喷油器9特性设定静态回油量及动态回油量检测标准进而对喷油器9进行有效评判。结合单次喷射仪24的每循环喷油量，本发明专利就可以完整评价喷油器9的工作特性。
图2是控制阀的局部放大图，可以看到控制阀阀体27和密封球26能够达到密封效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在免拆解的情况下，可以根据静态泄漏量快速准确的分析评价喷油器的控制阀磨损故障；可以通过喷油器的回油量迅速判断出检测喷油器的回油量是否超差；是喷油器的性能开发的得力工具和重要检验方法。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1. 一种共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：包括泵油组件、喷油器、液气检测组件和保温组件, 泵油组件将燃油加压后供给喷油器，喷油器的回油管与液气检测组件连接, 液气检测组件设于保温组件内，
所述的液气检测组件包括液气分离器、气体流量计、液体流量计和控制和显示单元，回油管将经喷油器的回油口溢出的燃油输入液气分离器中，液气的分离采用了重力沉降法来实现，气体则聚集在液气分离器的上部，而液体流入液气分离器的下部，液气分离器的上部连接有排气管，排气管上设有气体流量计，气体通过气体流量计之后排出到大气，液气分离器的侧边连接有出油管，出油管上设有液体流量计，气体流量计和液体流量计将检测到的结果输送给控制和显示单元；
所述的保温组件包括恒温箱和恒温装置，恒温装置设于恒温箱内，恒温装置通过控制和显示单元调控。
2.根据权利要求1所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：喷油器的喷油嘴插入单次喷射仪，单次喷射仪通过泄油管与集油箱连接，泄油管上设有用于检测每循环的喷油量的喷油量监测单元，喷油量监测单元将检测到的结果输送给控制和显示单元，单次喷射仪内经过检测的燃油回流入集油箱，集油箱内的燃油通过低压油管供给泵油组件。
3.根据权利要求2所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：所述的泵油组件的泵油量通过高压泵上设置的转速传感器测得的角度来测定，转速传感器将测得的角度信号输送给控制和显示单元，
控制和显示单元与ECU连接，ECU计算得到单位时间内的液体回油量和气体量，可以获得固定的时间段内高压泵供应的燃油的量、喷油嘴的喷油量、回油口溢出的燃油量和排出的气体量，从而在控制和显示单元上根据客户的需要选择性显示。
4.根据权利要求1所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：液气分离器内的燃油通过液体流量计后流入集油箱。
5.根据权利要求1所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：恒温装置设定的温度范围为40℃-140℃，精度为±0.5℃。
6.根据权利要求1所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：气体流量计为小流量气体体积流量测量仪，液体流量计为小流量液体体积流量测量仪，流量范围均为0.01mL/s--10mL/s，流量测试结果为数字化的电信号。
7.根据权利要求6所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：液体流量计的测量结果可通过已知的不同温度下的燃油密度换算成质量流量。
8.根据权利要求1所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：喷油器的回油管引入口和气体的引出口均布置在液气分离器的上部，出油管的引出口在液气分离器的中部。
9.根据权利要求8所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：出油管的引出口的位置低于液气分离器内液面的高度，且液体流量计的位置与液气分离器内液面的高度保持一致。
10.根据权利要求1所述的共轨喷油器回油的油气分离及检测装置，其特征在于：喷油器性能评价方法中的回油中含有的气体量、液体量与喷油器的喷射时间相关，ECU中的控制脉宽的信号须参与喷油器的性能评价中，喷油器的回油的气体和液体的稳态测量须折算到喷油器不同控制脉宽对应的单次循环结果中。
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