CN108301952B - 喷雾油束转换器及测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷雾油束转换器，包括相连接的第一管段与第二管段；第一管段用于套在喷油器喷嘴上；第二管段在一侧相对于第一管段径向收缩，在第二管段收缩的该侧根部设置一个与喷油器一个待测喷孔对应的分流孔；分流孔直径等于或大于喷油器喷孔直径；在第二管段上设置泄油孔；第二管段内具有除待测喷孔之外的其它喷孔的油雾喷射空间。进一步地，泄油孔位于第二管段背离分流孔的另一侧。本发明还提供一种喷雾测试系统，包括上述喷雾油束转换器、喷油器、定容器、燃油喷射系统、主控制器、除雾装置、光学测试系统、供气系统、数据采集系统、上位机；本发明可排除其它喷雾油束对待测喷雾油束的干扰，实现燃油喷射系统、除雾装置、光学测试系统同步控制。

Description

喷雾油束转换器及测试系统和方法

技术领域

本发明属于内燃机测试技术领域，尤其是应用于多孔喷油器各喷孔喷雾特性测试的技术领域。

背景技术

燃油喷雾特性是影响发动机燃烧和排放性能的重要因素之一，喷雾特性的测试对发动机燃烧系统的设计和开发具有十分重要的意义。对柴油喷射的瞬态和空间特性的认识，对于进一步改善喷射系统和燃烧至关重要，但在获取数据方面存在较大的困难。

在喷射特性的检测上，许多学者也进行了相关的研究。“CN104847557 A的中国专利申请”中所述测试装置具有较大的局限性，虽声称可以实现多孔喷油器的喷雾检测，但其并未考虑喷射过程图像重叠，喷雾油束会受到上次喷雾残留的干扰，严重影响测试效果，且难以进行持续喷射检测；侧面拍摄时雾束间存在干涉，系统观测到的喷雾会出现重叠或者覆盖的现象；该装置仅能实现底面投影上宏观喷雾特性的检测，且存在一个拍摄角度的误差影响；难以进行粒径、浓度等微观特性的测试；该装置不能实现多孔喷油器各喷孔喷雾特性的检测。一些研究人员也尝试对喷雾油束进行隔离，如法国EFS“燃油喷射动态油束分布测量系统”采用的挡板、申请号“201710009129.2一种喷油器喷孔喷油量测量装置”中的喷油量分离器（仅能进行各孔喷油量的测量），这些装置虽然对喷雾油束进行隔离，但同样也隔离了待测喷雾油束的近喷孔区域，且在应用上具有很大的局限性。

在实际柴油机中多采用的是多孔喷油器，其形成的喷雾特性是决定柴油机性能的根本原因。由于各喷孔加工的误差、结构和液力条件的不同，各喷孔间喷雾特性必将存在差异，引起燃烧室内燃油空间分布不均匀，进而导致发动机性能及燃烧排放的恶化。喷油嘴头部尺寸很小约为3mm，各喷孔间的距离约1mm，喷雾粒径、浓度的测试因激光设备的限制，使得各喷孔喷雾油束特性的测量变得很困难。如要进行精确测量，必须排除持续喷射而引起的图像重叠、排除其它喷雾油束对待测喷雾油束的干扰且保证待测喷雾油束的完整性，建立完善的测试系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种喷雾油束转换器，以及一种喷雾测试系统和相应的测试方法，实现待测喷雾油束与其它喷雾油束的隔离，排除其它喷雾油束对待测喷雾油束的干扰；实现测试过程中喷雾油束不会受上次喷雾残留雾化而出现重叠或覆盖的现象；实现燃油喷射系统、除雾装置以及光学测试系统同步控制以及实现完整待测喷雾油束的精确测量。本发明采用的技术方案是：

一种喷雾油束转换器，包括相连接的第一管段与第二管段；第一管段用于套在喷油器喷嘴上；

第二管段在一侧相对于第一管段径向收缩，在第二管段收缩的该侧根部设置一个与喷油器一个待测喷孔对应的分流孔；分流孔直径等于或大于喷油器喷孔直径；

在第二管段上设置泄油孔；第二管段内具有除待测喷孔之外的其它喷孔的油雾喷射空间。

进一步地，泄油孔位于第二管段背离分流孔的另一侧。

进一步地，第二管段的该另一侧与第一管段保持平齐。

一种喷雾测试系统，包括上述喷雾油束转换器、喷油器、定容器、燃油喷射系统、主控制器、除雾装置、光学测试系统、供气系统、数据采集系统、上位机；

所述定容器上设有透明观测窗，用于喷雾油束的光学测试；将安装好喷雾油束转换器的待测喷油器安装在定容器上，主控制器连接并控制喷油器；定容器上设有泄油口，喷雾油束转换器的泄油孔通过油管穿过定容器的泄油口，伸至定容器外；定容器上设有排气口，排气口上安装排气阀，排气阀通过主控制器控制；定容器内安装有压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器连接数据采集系统；

除雾装置通过除雾电磁阀连接定容器；除雾装置和除雾电磁阀通过主控制器控制；

供气系统与定容器连接，用于提供定容器内背压压力；

燃油喷射系统通过高压油管连接喷油器；燃油喷射系统受控于主控制器，实现喷油器的燃油喷雾过程；

光学测试系统包括至少一个油雾探测器，以及光学测试控制器；各油雾探测器分别对准定容器上的一个透明观测窗；油雾探测器与主控制器和光学测试控制器分别连接；

主控制器连接数据采集系统，向数据采集系统传输燃油喷射参数；数据采集系统和光学测试控制器分别连接上位机；主控制器控制油雾探测器获取定容器内喷油器的待测喷雾油束光学信号，并向光学测试控制器发送；光学测试控制器根据收到的待测喷雾油束光学信号，分析得到喷雾特性，并向上位机发送；

上位机进行数据处理，显示喷射参数、测试工况相对应的喷雾特性。

进一步地，定容器上设有两个或以上的透明观测窗，分别位于不同的侧面。

进一步地，供气系统包括高压稳压气源、气压压力表、单向阀、减压阀；高压稳压气源、单向阀、减压阀通过管路依次连接，减压阀通过管路连接定容器；气压压力表与高压稳压气源出口的管路连接。

进一步地，喷雾油束转换器的泄油孔通过油管穿过定容器的泄油口后，与燃油喷射系统中的燃油箱连接；

除雾装置通过回油管连接燃油喷射系统中的燃油箱。

进一步地，光学测试系统还包括背景光源，背景光源设置在任一透明观测窗外。

进一步地，安装好喷雾油束转换器的待测喷油器通过适配与夹紧部件安装在定容器上。

一种喷雾测试方法，包括以下步骤：

步骤S1，旋转安装在定容器上的待测喷油器，使得待测喷孔对准喷雾油束转换器上的分流孔；

步骤S2，通过供气系统向定容器内充入设定压力的高压气，用以模拟真实的缸内环境；

步骤S3，主控制器控制燃油喷射系统和喷油器工作，使得喷油器进行喷雾过程；主控制器控制喷雾过程以及光学测试系统获取待测喷雾油束光学信号的工作过程同步进行，并同步控制背景光源的启闭，实现精确测试；

步骤S4，在相邻两次喷雾的间隔期间，通过除雾装置对定容器内的油雾进行抽取，以解决因喷雾残留雾化而出现重叠或覆盖的现象；

步骤S5，旋转安装在定容器上的待测喷油器，以进行下一待测喷孔的喷雾测试。

本发明的优点在于：

（1）采用喷雾油束转换器实现待测喷雾油束与其它喷雾油束隔离，排除了其它喷雾油束对待测喷雾油束的干扰。

（2）喷雾油束转换器分流孔的设计保证了喷油器各喷孔喷雾油束的完整性；泄油孔的设计保证了大部分燃油的回收，大大降低了定容器内燃油的扩散。

（3）采用的同步除雾装置在每次图像拍摄间隔期间对定容器内的油雾进行抽取，解决了因喷雾残留雾化而出现重叠或覆盖的现象。

（4）将燃油喷射系统、除雾装置以及光学测试系统同步控制，实现完整待测喷雾油束的精确测量。

（5）该测试系统具有普适性，解决了多孔喷油器各喷孔喷雾特性测试，如基于图像法的开启延时、喷雾宏观特性如贯穿距、微观特性如粒径及其分布、浓度及其分布、近喷孔区域喷雾特性测试等。

本发明为柴油喷雾特性的研究、多孔共轨喷油嘴的开发设计及柴油机的性能优化提供更为准确有效的测试手段。

附图说明

图1为本发明的喷雾油束转换器结构示意图。

图2为本发明的喷雾测试系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了实现多孔喷油器各喷孔喷雾油束的测试，实现待测喷雾油束与其它喷雾油束的隔离，排除其它喷雾油束对待测喷雾油束的干扰，本发明首先提出一种喷雾油束转换器，如图1所示；

喷雾油束转换器16，包括相连接的第一管段1601与第二管段1602；第一管段1601用于套在喷油器29喷嘴上，并可通过紧固螺栓39固定；喷油器29喷嘴包括针阀体2901和针阀2902，针阀体2901头端设有喷孔2903，多个喷孔2903在针阀体头端周向均布，且方向倾斜向前；

第二管段1602在一侧相对于第一管段1601径向收缩，在第二管段1602收缩的该侧根部设置一个与一个喷油器待测喷孔对应的分流孔1603；分流孔1603直径等于或略大于喷油器喷孔直径；在第二管段1602背离分流孔1603的另一侧设置泄油孔1604；第二管段1602的该另一侧可与第一管段1601保持平齐，使得第二管段1602内具有待测喷孔之外的其它喷孔的油雾喷射空间1605，避免影响待测喷孔的油雾喷射；

喷雾油束转换器16与喷油嘴29可以相对转动，便于调整喷孔2903与分流孔1603的相对位置，使得一个待测的喷孔与分流孔1603对准；采用该喷雾油束转换器16，近喷孔区域各喷雾油束间不会相互干涉，待测喷雾油束被测量，其它喷雾油束在喷雾油束转换器下游被收集，减少了定容器100内燃油的挥发，同时也消除了其它喷雾油束在光学测试过程中对待测喷雾油束的干扰，可有效的获取完整的近喷孔区域的喷雾油束及喷雾特性。

基于上述喷雾油束转换器，本发明提出一种喷雾测试系统，如图2所示；

喷雾测试系统，包括喷雾油束转换器16、喷油器29、定容器100、燃油喷射系统、主控制器3、除雾装置5、光学测试系统、供气系统、数据采集系统27、上位机34；

所述定容器100上设有两个或以上的透明观测窗7，分别位于不同的侧面，用于喷雾油束的光学测试；将安装好喷雾油束转换器16的待测喷油器29通过适配与夹紧部件30安装在定容器100上，安装好喷雾油束转换器的待测喷油器29可以在定容器上任意旋转，以实现对各喷孔喷雾特性的测试；主控制器3连接并控制喷油器29；定容器100底部设有泄油口，喷雾油束转换器16的泄油孔1604通过油管穿过定容器底部泄油口，与燃油喷射系统中的燃油箱连接，将燃油回收至燃油箱；定容器100顶部设有排气口11，排气口11上安装排气阀10，排气阀10通过主控制器3控制，可以在变换测试工况（比如测试时变换定容器内的背压压力），或测试结束后，通过主控制器3启闭，用于废气排出；定容器100内安装有压力传感器32和温度传感器33以用于监测定容器内的温度和压力，压力传感器32和温度传感器33连接数据采集系统27；

除雾装置5通过除雾电磁阀6连接定容器100；除雾装置5通过回油管连接燃油喷射系统中的燃油箱；除雾装置5和除雾电磁阀6通过主控制器3控制；除雾装置5主要由一级过滤石棉滤网、二级过滤金属滤网、风机等组成，通过主控制器同步控制除雾装置的启闭，以保证除雾装置在每次拍摄间隔期间对定容器内的油雾进行抽取，进而实现喷雾油束不受上次喷雾残留雾化液滴的影响而出现重叠或者覆盖的现象；

供气系统与定容器100连接，用于提供定容器100内背压压力；供气系统包括高压稳压气源35、气压压力表36、单向阀38、减压阀37；高压稳压气源35、单向阀38、减压阀37通过管路依次连接，减压阀37通过管路连接定容器100；气压压力表36与高压稳压气源35出口的管路连接；高压稳压气源经过单向阀，通过减压阀减压，然后进入所述定容器内，实现高背压压力条件以模拟真实的缸内环境；减压阀37上设有压力示数，可以手动设置进入定容器的气体压力；

燃油喷射系统通过高压油管连接喷油器29；燃油喷射系统受控于主控制器3，实现喷油器29的燃油喷雾过程；这部分不是本发明的重点，仅做简单介绍；柴油的燃油喷射系统较为成熟，如图2中所示，包括润滑油箱23、润滑油泵20、润滑油压力表18、高压油泵1、共轨管4、燃油压力表17、第一燃油阀19、第二燃油阀22、燃油箱24、燃油泵25等；电机2、21、26分别为高压油泵1、润滑油泵20、燃油泵25的驱动电机；润滑油泵20向高压油泵1提供润滑油，燃油泵25向高压油泵1提供试验用油，采用电机2驱动高压油泵1为喷油器29提供喷油压力；流量计28设置在喷雾油束转换器16至燃油箱24的油管上；

光学测试系统包括油雾探测器8、13，以及光学测试控制器14，以及更优地，一个背景光源12；各油雾探测器分别对准定容器上的一个透明观测窗7；背景光源12可设置在任一透明观测窗7外；油雾探测器与主控制器3和光学测试控制器14分别连接；

主控制器3连接数据采集系统27，向数据采集系统27传输燃油喷射参数；数据采集系统27和光学测试控制器14分别连接上位机34；

主控制器3控制油雾探测器获取定容器内喷油器的待测喷雾油束光学信号，并向光学测试控制器14发送；光学测试控制器14根据收到的待测喷雾油束光学信号，分析得到喷雾特性，并向上位机发送；上位机进行数据处理，显示喷射参数、测试工况相对应的喷雾特性；

光学测试系统，可以为普通或高速相机测试系统，测试柴油喷雾宏观特性，相机测试系统可拍摄待测喷雾油束图像；可以为PIV光学测试系统，测试柴油喷雾的速度特性；可以为PLIF激光测试系统，测试柴油喷雾浓度场及其分布；可以为PDPA光学测试系统，测试柴油喷雾粒径及分布和速度特性等；

基于上述喷雾测试系统，本发明提供的一种喷雾测试方法包括如下步骤：

步骤S1，旋转安装在定容器上的待测喷油器，使得待测喷孔对准喷雾油束转换器上的分流孔；

步骤S2，通过供气系统向定容器内充入设定压力的高压气，用以模拟真实的缸内环境；

步骤S3，主控制器控制燃油喷射系统和喷油器工作，使得喷油器进行喷雾过程；主控制器控制喷雾过程以及光学测试系统获取待测喷雾油束光学信号的工作过程同步进行，并同步控制背景光源的启闭，实现精确测试；

可选地，再下一次喷雾测试前，可改变测试工况，比如通过排气阀10改变定容器内压力；

步骤S4，在相邻两次喷雾的间隔期间，通过除雾装置对定容器内的油雾进行抽取，以解决因喷雾残留雾化而出现重叠或覆盖的现象；

步骤S5，旋转安装在定容器上的待测喷油器，以进行下一待测喷孔的喷雾测试。

该方法可依次测试喷油器各喷孔的喷雾特性，如基于图像法的喷油开启延时、喷雾形态、喷雾贯穿距、喷雾锥角、喷雾贯穿速度、喷雾粒径及其分布、喷雾浓度及其分布等。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种喷雾油束转换器(16)，其特征在于，包括相连接的第一管段(1601)与第二管段(1602)；第一管段(1601)用于套在喷油器(29)喷嘴上；

第二管段(1602)在一侧相对于第一管段(1601)径向收缩，在第二管段(1602)收缩的该一侧根部设置一个与喷油器一个待测喷孔对应的分流孔(1603)；分流孔(1603)直径等于或大于喷油器喷孔直径；

在第二管段(1602)上设置泄油孔(1604)；第二管段(1602)内具有除待测喷孔之外的其它喷孔的油雾喷射空间(1605)。

2.如权利要求1所述的喷雾油束转换器(16)，其特征在于，

泄油孔(1604)位于第二管段(1602)背离分流孔(1603)的另一侧。

3.如权利要求2所述的喷雾油束转换器(16)，其特征在于，

第二管段(1602)的该背离分流孔(1603)的另一侧与第一管段(1601)保持平齐。

4.一种喷雾测试系统，其特征在于，包括如权利要求1～3中任一项所述的喷雾油束转换器(16)、喷油器(29)、定容器(100)、燃油喷射系统、主控制器(3)、除雾装置(5)、光学测试系统、供气系统、数据采集系统(27)、上位机(34)；

所述定容器(100)上设有透明观测窗(7)，用于喷雾油束的光学测试；将安装好喷雾油束转换器(16)的待测喷油器(29)安装在定容器(100)上，主控制器(3)连接并控制喷油器(29)；定容器(100)上设有泄油口，喷雾油束转换器(16)的泄油孔(1604)通过油管穿过定容器的泄油口，伸至定容器外；定容器(100)上设有排气口(11)，排气口(11)上安装排气阀(10)，排气阀(10)通过主控制器(3)控制；定容器(100)内安装有压力传感器(32)和温度传感器(33)，压力传感器(32)和温度传感器(33)连接数据采集系统(27)；

除雾装置(5)通过除雾电磁阀(6)连接定容器(100)；除雾装置(5)和除雾电磁阀(6)通过主控制器(3)控制；

供气系统与定容器(100)连接，用于提供定容器(100)内背压压力；

燃油喷射系统通过高压油管连接喷油器(29)；燃油喷射系统受控于主控制器(3)，实现喷油器(29)的燃油喷雾过程；

光学测试系统包括至少一个油雾探测器，以及光学测试控制器(14)；各油雾探测器分别对准定容器上的一个透明观测窗(7)；油雾探测器与主控制器(3)和光学测试控制器(14)分别连接；

主控制器(3)连接数据采集系统(27)，向数据采集系统(27)传输燃油喷射参数；数据采集系统(27)和光学测试控制器(14)分别连接上位机(34)；主控制器(3)控制油雾探测器获取定容器内喷油器的待测喷雾油束光学信号，并向光学测试控制器(14)发送；光学测试控制器(14)根据收到的待测喷雾油束光学信号，分析得到喷雾特性，并向上位机发送；

上位机进行数据处理，显示喷射参数、测试工况相对应的喷雾特性。

5.如权利要求4所述的喷雾测试系统，其特征在于，

定容器(100)上设有两个或以上的透明观测窗(7)，分别位于不同的侧面。

6.如权利要求4所述的喷雾测试系统，其特征在于，

供气系统包括高压稳压气源(35)、气压压力表(36)、单向阀(38)、减压阀(37)；高压稳压气源(35)、单向阀(38)、减压阀(37)通过管路依次连接，减压阀(37)通过管路连接定容器(100)；气压压力表(36)与高压稳压气源(35)出口的管路连接。

7.如权利要求4所述的喷雾测试系统，其特征在于，

喷雾油束转换器(16)的泄油孔(1604)通过油管穿过定容器的泄油口后，与燃油喷射系统中的燃油箱连接；

除雾装置(5)通过回油管连接燃油喷射系统中的燃油箱。

8.如权利要求4所述的喷雾测试系统，其特征在于，

光学测试系统还包括背景光源(12)，背景光源(12)设置在任一透明观测窗(7)外。

9.如权利要求4所述的喷雾测试系统，其特征在于，

安装好喷雾油束转换器(16)的待测喷油器(29)通过适配与夹紧部件(30)安装在定容器(100)上。

10.一种应用于如权利要求4-9中任一项所述的喷雾测试系统的喷雾测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，旋转安装在定容器上的待测喷油器，使得待测喷孔对准喷雾油束转换器上的分流孔；

步骤S2，通过供气系统向定容器内充入设定压力的高压气，用以模拟真实的缸内环境；

步骤S3，主控制器控制燃油喷射系统和喷油器工作，使得喷油器进行喷雾过程；主控制器控制喷雾过程以及光学测试系统获取待测喷雾油束光学信号的工作过程同步进行，并同步控制背景光源的启闭；

步骤S4，在相邻两次喷雾的间隔期间，通过除雾装置对定容器内的油雾进行抽取；

步骤S5，旋转安装在定容器上的待测喷油器，以进行下一待测喷孔的喷雾测试。

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