CN108843476A - 一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置 - Google Patents

一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置,属于发动机测试测量技术领域，包括：高压供油模块、喷油器、可视板、压力采集连接块及压力传感器；所述高压供油模块用于给燃油加压并给喷油器提供燃油；所述可视板上的喷嘴与安装孔的交汇处的空腔为压力室；该可视板上还加工有锥形圆台孔及与压力室相通的压力采集通道；所述喷油器的进油端与高压供油模块连接，其出油端安装在可视板的安装孔中；所述压力采集连接块的一端与压力传感器相连，另一端的锥形圆台安装在可视板的锥形圆台孔中；该锥形圆台内加工有与压力采集通道相通的压力传递通道；本发明应用于内燃机，能够测量内燃机喷孔内压力室与喷嘴的压力，进而计算得到流经喷孔的流量。

Description

一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置
技术领域
本发明属于发动机测试测量技术领域，具体涉及一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置。
背景技术
众所周知，柴油机的燃烧直接影响其动力性、经济性及排放特性等一系列指标，而燃油雾化的质量决定了燃油燃烧的优劣，良好的雾化效果是实现高效燃烧的前提，对节能、清洁排放也具有十分重要的意义。近期有研究发现喷嘴内部压力室附近是空化的初生区，这与燃油压力在压力室的突降有极大关系。此外，如果压力室内压降不理想，对随后的喷雾会产生极其重要的影响。故测量压力室内压力对燃油的喷雾燃烧有极其重要的作用，搞清楚不同喷油压力情况以及不同针阀开度情况下压力室压力的变化将对喷嘴的几何结构，同时也对喷射策略起到极大改善的作用。
但是，由于喷孔压力室以及喷嘴几何尺寸极小，往往是微米极，故以往对管道压力的测量手段显然不可行。其次压力室与喷嘴在喷油开启以及结束时会产生压力突变，这要求测量压力的装置具有很强的稳定性。可见，在尽可能不影响喷射系统正常喷射的前提下测量压力室以及喷嘴压力是极其不易的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，应用于内燃机，能够测量内燃机喷孔内压力室与喷嘴的压力，进而计算得到流经喷孔的流量。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，包括：高压供油模块、喷油器、可视板、压力采集连接块及压力传感器；
所述高压供油模块用于给燃油加压并给喷油器提供燃油；
所述可视板上加工有与喷油器的出油端相配合的安装孔及与所述安装孔同轴并相通的喷嘴，喷嘴与所述安装孔的交汇处的空腔为压力室；该可视板上还加工有用于安装压力采集连接块的锥形圆台孔及一端与该锥形圆台孔相通的压力采集通道，压力采集通道的另一端与所述压力室相通；
所述喷油器的进油端通过管路与高压供油模块连接，其出油端安装在可视板的安装孔中；
所述压力采集连接块的一端设有用于安装压力传感器的螺纹孔，另一端设有锥形圆台，该锥形圆台安装在可视板的锥形圆台孔中；该锥形圆台内加工有压力传递通道，其一端与安装压力传感器的螺纹孔相通，另一端与压力采集通道相通，压力采集通道和压力传递通道用于将压力从压力室内引出到安装压力传感器的螺纹孔中；压力传感器螺纹连接在压力采集连接块的螺纹孔中，用于测量所述压力室内的压力。
进一步的，所述可视板上的压力采集通道的另一端与喷嘴相通。
进一步的，所述高压供油模块包括：高压泵和高压共轨；高压泵的输出端通过管路与高压共轨的输入端连接，高压泵用于将燃油加压，高压共轨用于保证喷油压力的稳定。
进一步的，所述压力采集通道和压力传递通道的内径相同。
进一步的，所述压力采集连接块上加工有排气螺纹孔，所述排气螺纹孔的一端与压力传递通道相通，另一端与外界大气相通，用于排出压力采集通道和压力传递通道中的空气。
进一步的，还包括压块，压块安装可视板的安装有压力采集连接块的相对侧，通过螺栓连接压块和压力采集连接块，使压力采集连接块压紧在可视板的锥形圆台孔中。
进一步的，还包括摄像机和光源；压力室和喷嘴位于高速摄像机与光源的光路范围内，高速摄像机用于采集可视板内压力室和喷嘴的燃油流动图像；
进一步的，所述可视板采用透明的亚克力板。
进一步的，还包括控制终端，控制终端与所述压力传感器电性连接，用于对流经喷嘴的燃油进行流量分析；
所述流量分析的过程如下：
通过压力传感器实时测得喷嘴内的压力波p(t)，且p(t)＝cρfυ，其中，c为声速，为已知值，ρf为燃油密度，为已知值，υ为喷嘴中燃油的流速，因此得到喷嘴中燃油的流速υ；
根据流经喷嘴的燃油的体积流量的公式其中，Vb为时间t内流经喷嘴的体积量，A为喷嘴的截面积，为已知值，υ为喷嘴中燃油的流速，为已知值；因此得到流经喷嘴的燃油的体积流量
进一步的，所述压力传感器采用高响应压力传感器。
有益效果：(1)本发明能够在狭小空间的压力室或喷嘴的压力变化的情况下进行高响应压力采集，进而还可以得到流经喷嘴的燃油流量；通过研究所述压力和流量，对解决发动机燃油喷射系统压力室或喷嘴的压力突变影响喷嘴内流以及随后喷雾的问题具有指导意义。
(2)本发明采用透明的可视板上加工喷嘴来代替发动机喷嘴，不但使得压力室几何尺寸可控，还可以观察油束在压力室以及喷嘴内部的流动情况。
(3)本发明在进行压力采集的同时，由于使用透明的可视板还可以对喷嘴内部流动进行直接的观察，使得流体运动与压力变化尤其是在针阀开启和关闭时的强压力变化得以匹配。
(4)本发明的压力采集通道的内径较小，对燃油的正常喷射没有影响，这使得该测量装置的精确度得以充分保证。
附图说明
图1为本发明的结构组成图；
图2为实施例1的可视板的结构示意图；
图3为实施例2的可视板的结构示意图；
图4为本发明的压力采集连接块的结构图。
其中，1-高压泵，2-高速摄像机，3-高压共轨，4-喷油器，5-压力采集连接块，6-压块，7-PC端，8-信号转化单元，9-压力传感器，10-光源，11-可视板，12-压力采集通道，13-喷嘴，14-锥形圆台孔，15-安装孔，16-压力室，17-锥形圆台，18-压力传递通道，19-排气螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，参见附图1，包括：高压供油模块、喷油模块、压力采集模块及图片采集模块；
所述高压供油模块包括：高压泵1和高压共轨3；高压泵1的输出端通过管路与高压共轨3的输入端连接，高压泵1用于将燃油加压，高压共轨3用于保证喷油压力的稳定；
所述喷油模块包括：喷油器4与可视板11；参见附图2，所述可视板11上加工有与喷油器4的出油端相配合的安装孔15及与所述安装孔15同轴并相通的圆形通孔，该圆形通孔作为喷嘴13，喷嘴13与所述安装孔15的交汇处的空腔为压力室16；该可视板11上还加工有用于安装压力采集模块的锥形圆台孔14及一端与该锥形圆台孔14相通的压力采集通道12，压力采集通道12的另一端与所述压力室16相通；喷油器4的进油端通过管路与高压共轨3的输出端连接，其出油端安装在可视板11的安装孔15中，喷油器4通过外围的控制单元控制其内部的针栓沿其轴向的运动，实现对喷油量的控制，当针栓向远离喷嘴13方向轴向运动时，压力室16打开，燃油经过喷嘴13喷出，当针栓向喷嘴13方向轴向运动，使压力室16被针栓堵住时，燃油不能喷出；其中，所述可视板11采用透明的亚克力板；
所述压力采集模块包括：压力采集连接块5、压力传感器9、压块6、信号转化单元8及PC端7；所述压力采集连接块5的一端设有用于安装压力传感器9的螺纹孔，另一端设有锥形圆台17，该锥形圆台17安装在可视板11的锥形圆台孔14中，实现锥面密封；参见附图4，该锥形圆台17内加工有压力传递通道18，其一端与安装压力传感器9的螺纹孔相通，另一端与压力采集通道12相通，且二者的内径相同，压力采集通道12和压力传递通道18用于将压力从压力室16内引出到安装压力传感器9的螺纹孔中；其中，所述压力采集连接块5还加工有排气螺纹孔19，所述排气螺纹孔19的一端与压力传递通道18相通，另一端与外界大气相通，用于排出压力采集通道12和压力传递通道18中的空气，且排出空气后，通过螺母将该排气螺纹孔19封闭，以防压力泄露；压力传感器9螺纹连接在压力采集连接块5的螺纹孔中，并通过生料带密封；且压力传感器9用于测量所述压力室16内的压力；所述压力传感器9采用高响应压力传感器；
压块6安装可视板11的安装有压力采集连接块5的相对侧，通过螺栓连接压块6和压力采集连接块5，使得压力采集连接块5压紧在可视板11的锥形圆台孔14中；压力传感器9通过信号转化单元8与PC端7电性连接，压力传感器9用于采集压力室16的压力，信号采集转化单元用于将压力传感器9采集到的压力信号转化为PC端可处理的压力信息，PC端用于接收所述压力信息，并进行流量计算分析；
所述图片采集模块包括：高速摄像机2与光源10；压力室16和喷嘴13位于高速摄像机2与光源10的光路范围内，高速摄像机2用于采集压力室16和喷嘴13内的燃油流动图像和空化图像，如发生空化时，由于光的折射现象，光线无法穿过气泡，故空化处会呈现黑色图像，高速摄像机2将采集到的图像传输给PC端7，PC端7将采集到的压力信息和图像信息进行时间尺度上的匹配，能够得到任意时刻的压力室16内的压力与该时刻对应的图像的关系。
工作原理：高压油泵1将燃油压缩并将高压油储存在高压共轨3之中，喷油器4将储存在高压共轨3中的燃油经过喷嘴13喷出(喷油器4通过外围的控制单元控制针栓远离喷嘴13方向轴向运动，压力室16打开，燃油经过喷嘴13喷出，在针栓打开压力室16的过程中，喷嘴13的喷油量为变化量，因此压力室16内的压力值也为变化量)；与此同时，压力采集通道12将压力从压力室16引出到压力采集连接块5中，与压力采集连接块5连接的压力传感器9感知该压力，并将压力信号通过信号转化单元8传输给PC端7，PC端7进行流量分析；喷嘴13的喷射燃油的过程通过光源10与高速摄像机2之间的光路捕捉，并发送给PC端7，PC端7进行图像展示；
所述流量分析的过程如下：
通过压力传感器9可实时测得喷嘴13内的压力波p(t)，且p(t)＝cρfυ，其中，c为声速，为已知值，ρf为燃油密度，为已知值，υ为喷嘴13中燃油的流速，因此可以得到喷嘴中燃油的流速υ；
根据流经喷嘴13的燃油的体积流量的公式其中，Vb为时间t内流经喷嘴13的体积量，A为喷嘴13的截面积，为已知值，υ为喷嘴13中燃油的流速，为已知值；因此可以得到流经喷嘴13的燃油的体积流量
实施例2：
本实施例提供了另一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，参见附图3，除了压力采集通道12的一端与所述锥形圆台孔14相通，另一端与所述喷嘴13相通以外，其余的部件及连接关系均与实施例1相同，用于测量喷嘴13内的压力。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，包括：高压供油模块、喷油器(4)、可视板(11)、压力采集连接块(5)及压力传感器(9)；
所述高压供油模块用于给燃油加压并给喷油器(4)提供燃油；
所述可视板(11)上加工有与喷油器(4)的出油端相配合的安装孔(15)及与所述安装孔(15)同轴并相通的喷嘴(13)，喷嘴(13)与所述安装孔(15)的交汇处的空腔为压力室(16)；该可视板(11)上还加工有用于安装压力采集连接块(5)的锥形圆台孔(14)及一端与该锥形圆台孔(14)相通的压力采集通道(12)，压力采集通道(12)的另一端与所述压力室(16)相通；
所述喷油器(4)的进油端通过管路与高压供油模块连接，其出油端安装在可视板(11)的安装孔(15)中；
所述压力采集连接块(5)的一端设有用于安装压力传感器(9)的螺纹孔，另一端设有锥形圆台(17)，该锥形圆台(17)安装在可视板(11)的锥形圆台孔(14)中；该锥形圆台(17)内加工有压力传递通道(18)，其一端与安装压力传感器(9)的螺纹孔相通，另一端与压力采集通道(12)相通，压力采集通道(12)和压力传递通道(18)用于将压力从压力室(16)内引出到安装压力传感器(9)的螺纹孔中；压力传感器(9)螺纹连接在压力采集连接块(5)的螺纹孔中，用于测量所述压力室(16)内的压力。
2.如权利要求1所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，所述可视板(11)上的压力采集通道(12)的另一端与喷嘴(13)相通。
3.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，所述高压供油模块包括：高压泵(1)和高压共轨(3)；高压泵(1)的输出端通过管路与高压共轨(3)的输入端连接，高压泵(1)用于将燃油加压，高压共轨(3)用于保证喷油压力的稳定。
4.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，所述压力采集通道(12)和压力传递通道(18)的内径相同。
5.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，所述压力采集连接块(5)上加工有排气螺纹孔(19)，所述排气螺纹孔(19)的一端与压力传递通道(18)相通，另一端与外界大气相通，用于排出压力采集通道(12)和压力传递通道(18)中的空气，且排完后通过螺母密封。
6.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，还包括压块(6)，压块(6)安装可视板(11)的安装有压力采集连接块(5)的相对侧，通过螺栓连接压块(6)和压力采集连接块(5)，使压力采集连接块(5)压紧在可视板(11) 的锥形圆台孔(14)中。
7.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，还包括摄像机(2)和光源(10)；压力室(16)和喷嘴(13)位于高速摄像机(2)与光源(10)的光路范围内，高速摄像机(2)用于采集可视板(11)内压力室(16)和喷嘴(13)的燃油流动图像。
8.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，所述可视板(11)采用透明的亚克力板。
9.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，还包括控制终端，控制终端与所述压力传感器(9)连接，用于对流经喷嘴(13)的燃油进行流量分析；
所述流量分析的过程如下：
通过压力传感器(9)实时测得喷嘴(13)内的压力波p(t)，且p(t)＝cρfυ，其中，c为声速，为已知值，ρf为燃油密度，为已知值，υ为喷嘴(13)中燃油的流速，因此得到喷嘴中燃油的流速υ；
根据流经喷嘴(13)的燃油的体积流量的公式其中，Vb为时间t内流经喷嘴(13)的体积量，A为喷嘴(13)的截面积，为已知值，υ为喷嘴(13)中燃油的流速，为已知值；因此得到流经喷嘴(13)的燃油的体积流量
10.如权利要求1或2所述的一种发动机燃油喷射系统喷孔压力的测量装置，其特征在于，所述压力传感器(9)采用高响应压力传感器。
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