CN109386420B - 多次喷射燃油喷射规律测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于柴油机技术领域，具体涉及多次喷射燃油喷射规律测量装置及其测量方法。所述的多次喷射燃油喷射规律测量装置包括：圆柱形测量定容腔体、孔板滤波器、喷油器安装支架、高压油管、集油槽、连接螺栓、喷油器、数据处理及控制系统；所述的喷油器通过安装支架安装在圆柱形测量定容腔体的顶部，且喷油器位于圆柱形测量定容腔体的轴线上；所述的高压油管与喷油器连接；其特征在于，所述的孔板滤波器安装在圆柱形测量定容腔体的内部。所述的多次喷射燃油喷射规律测量方法利用Zeuch体积法测量燃油喷射率，通过加装孔板滤波装置来削弱高压燃油喷射过程中密闭腔体内的高频激波振荡。

Description

多次喷射燃油喷射规律测量方法

技术领域

本发明属于柴油机技术领域，具体涉及多次喷射燃油喷射规律测量装置及其测量方法。

背景技术

随着内燃机高压共轨技术的普及，多次喷射燃油喷射率的精确测量对提升内燃机综合效率和整机性能、促进节能减排具有越来越重要的价值。国家知识产权局公布的关于燃油喷射率测量的专利中，运用容积法测喷油率且与本专利较为接近的是CN107061095A、CN101571090、CN201554584U、CN103195633A和CN203230513U五个专利技术方案，但以上专利技术只适用于测量单次喷射，且无法修正Zeuch公式中的k值从而降低了测量精度。文献“Development of Highly Precise Injection-Rate Detector Applicable toPiezoelectric Injectors Having the Function of Ultra Multi-Stage Injection[C].SAE Paper 2015-01-2001，2001.”利用低通滤波的后处理方法降低了腔体内部的干扰压力波动，但滤波原理与本专利具有实质性的不同。

利用Zeuch容积法的原有的测量装置测单次喷射的喷油率时，燃油的高压喷射会在测试仪器的测量腔体内产生高强度的高频激波振荡，该激波振荡会干扰和淹没待测的压力信号，从而降低单次喷射的测量精度，而对于多次喷射，上一次高压喷油产生的激波振荡还会与下一次的测量信号叠加，使下一次喷油的喷油起始点无法读取，从而无法测量多次喷射。

Zeuch容积法原理：测量系统主要包括密闭定容腔体、孔板滤波器、压力传感器、温度传感器、安全阀、体积流量计、放大器部件系统、数据电子显示装置、卸料阀系统等。当燃料经喷油嘴注入一个事先充满燃料的定容腔体中时，腔体中压力的增加与每次的注射量成比例。当体积为ΔV的燃油注入体积为V的定容腔体中时，腔体中压力的变化ΔP能通过以下公式确定：

则燃油注射率由时间微分等式(2)所决定：

由于燃料的体积弹性模量K难以精确得到，因此也会对喷油率的测量精度产生影响。

发明内容

本发明的目的在于削减密闭腔体内因高压燃油喷射而产生的高频干扰激波振荡，提供一种适用于多次喷射的高精度燃油喷射率测量仪器。本发明的目的还在于利用每次喷射的喷油质量来反向修正Zeuch容积法公式中的燃油体积弹性模量K，进一步提高测量精度。

本发明的目的是这样实现的：

多次喷射燃油喷射规律测量装置，包括：圆柱形测量定容腔体1、孔板滤波器2、喷油器安装支架3、高压油管13、集油槽14、连接螺栓16、喷油器17、数据处理及控制系统；所述的喷油器17通过安装支架3安装在圆柱形测量定容腔体1的顶部，且喷油器17位于圆柱形测量定容腔体1的轴线上；所述的高压油管13与喷油器17连接；其特征在于，所述的孔板滤波器2安装在圆柱形测量定容腔体1的内部。

所述的孔板滤波器2为圆形刚性薄板，并设有孔洞。

所述的圆柱形测量定容腔体1由主缸体和底部缸体组合后形成，所述的主缸体和底部缸体通过连接螺栓16相连接。

所述的数据处理及控制系统包括：上压力传感器4、下压力传感器5、温度传感器6、体积调节阀7、安全阀8、高速卸料阀9、体积流量计10、外电路11、数据采集卡12、控制器15和计算机18；所述的上压力传感器4和下压力传感器5均安装在圆柱形测量定容腔体1内，且上压力传感器4位于孔板滤波器2的上方，下压力传感器5位于孔板滤波器2的下方；温度传感器6、体积调节阀7和安全阀8安装在圆柱形测量定容腔体1的侧壁上，且位于孔板滤波器2的上方；所述的高速卸料阀9安装在圆柱形测量定容腔体1的底部，且高速卸料阀9通过体积流量计10与集油槽14相连。

多次喷射燃油喷射规律测量方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一关闭卸料阀，打开安全阀，利用喷油器向空腔内喷油，腔内气体通过腔体上侧的安全阀通道排出，待腔内气体完全排出后，关闭安全阀；

步骤二喷油器继续喷油，读取压力传感器的压力示数，当腔内压力到达初始设定背压附近后，停止喷油，并微调体积调节阀使腔内背压达到预定值，然后调整喷油器到待测量状态；

步骤三喷油器在测量状态下多次喷油，每次喷油过程中产生的高频激波振荡在通过孔板滤波器之后大大削弱，压力传感器检测腔内压力变化率并传输给计算机计算得出喷油率，同时卸料阀以极高的响应速度及时排出上一次喷射入腔体内部的燃油，以保证下一次喷射的腔内背压保持初始恒定值；

步骤四体积流量计检测每次喷射的喷油总量，对压力传感器的测量结果进行进一步修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用Zeuch体积法测量燃油喷射率，通过加装孔板滤波装置来削弱高压燃油喷射过程中密闭腔体内的高频激波振荡，减少干扰激波振荡对单次喷射时有用信号的淹没，也减少多次喷射时上一次喷射的干扰激波振荡对下一次喷射时喷油起始点测量的干扰。

附图说明

图1是多次喷射燃油喷射规律测量装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细说明：

本发明为柴油机燃油喷射规律测试仪提供了一种加装孔板滤波器的定容室设计以提高容积法的测量精度，新设计包括定容室主腔体、孔板滤波器、喷油器安装固定接口、压力传感器安装固定接口、温度传感器安装固定接口、卸料阀门接口、安全阀、被压调节阀、体积流量计、连接螺栓以及数据处理和显示系统。本专利采用微穿孔板滤波原理，在测量腔体内增设滤波孔板，获得了带有低通孔板滤波结构的喷油率测量腔体，有效的降低了高频激波振荡对喷油率测量的干扰。同时，体积流量计测量每次喷射的喷油总量对容积法的测量结果加以修正进一步提高测量精度。

具体实施例一：

本发明的适用于多次喷射的高精度燃油喷射率检测装置：包括圆柱形测量定容腔体1、安装于圆柱形腔体底部的孔板滤波器2、喷油器安装支架3、喷油器17组成的测量仪器主体以及由两个压力传感器4和5、一个温度传感器6、体积调节阀门7、安全阀8、高速卸料阀9、体积流量计10、外电路11、数据采集卡12、控制器15、计算机18组成的数据处理及控制系统以及高压油管13、集油槽14、连接螺栓16组成的外围设备，其特征是：在测量仪器主体上设置定容腔体1，定容腔体底部安装孔板滤波器2，孔板滤波器前后分别安装压力传感器4和5用以测量滤波前后的压力变化，喷油器17沿圆柱形腔体1的轴线安装在测量腔体的上部，通过喷油器固定支架3加以固定，喷油嘴深入腔体内部，高速卸料阀9安装在孔板滤波器2之后的定容腔体的底部，与喷油器17安装位置相对，体积流量计10安装在高速卸料阀9之后，用来测量每次喷射的喷油总量，体积调节阀7、温度传感器6和安全阀8安装在孔板滤波器之前的定容腔体侧壁上，均用阀门固定支架加以固定，安全阀主要用来防止腔内压力的异常升高，体积调节阀不但用来微调密闭腔体的容积以适应不同的喷油量，而且用来调节腔内燃油背压，各类传感器、卸料阀和体积流量计通过数据采集卡12和控制器15连接计算机18。本发明的圆柱形腔体为密闭刚性容器，容积大小根据喷油器的最大喷油量计算得到，上接阀门和传感器以及内部孔板滤波器均安装稳固不允许晃动。

孔板滤波器为一硬质刚性薄板，厚度、穿孔率、孔板距离腔体底部端面的距离均由计算所得，孔板滤波器在密闭腔体内紧密固定，且要保证孔板滤波器不能有变形、损坏，孔隙不能堵塞，孔板表面和孔洞内侧面光滑，有较好的加工精度。对于不同频率的干扰激波振荡，最优孔板参数略有不同。

温度传感器用来测量喷油过程的温度变化，从而对Zeuch公式中与温度有关的变量进行补偿。集油槽用来收集高速卸料阀排出的燃油。

该喷油率检测仪测量前首先检查孔板滤波器是否在密闭腔体靠近底部的位置紧密固定。其次在安装固定支架上牢固安装压力传感器、温度传感器、高速卸料阀、体积调节阀等部件，将体积流量计安装在高速卸料阀的下游，体积流量计的后端接集油槽，阀门和传感器通过数据采集器和控制器连接计算机，喷油器通过喷油器固定支架沿腔体轴线安装在腔体上侧，喷油嘴深入腔体内部，喷油器连接高压油管，安全阀暂时打开；

打开喷油器向腔体内部低压注油，当腔内充满燃油且腔内气体完全排出后关闭安全阀，打开压力传感器，调节喷油器向密闭腔体内高压喷油，当压力传感器检测到腔内压力接近设定背压时，停止喷油，调节体积调节阀门使腔内背压达到设定值，开启并调节传感器、阀门、控制器、数据采集卡和计算机处于待测量状态，调节喷油器处于待测量状态，准备工作完成。

启动喷油器多次喷射，在每次喷射过程中，孔板滤波器下方的压力传感器记录腔内压力变化率并传递给计算机算出该次喷射的喷油率，孔板滤波器上方的压力传感器作为对比，由测得的压力曲线可知，孔板后的干扰激波振荡大大减小。

在一次喷油结束之后下一次喷油开始之前的时间间隔内，腔内的压力变化率会减少到0，在一次燃油喷射结束、下一次燃油喷射之前，高速卸料阀排出腔内燃油使腔内压力恢复到初始设定背压，此时卸料阀排出的燃油总量与喷油器该次的喷油量相等，体积流量计测得该次喷射质量，对Zeuch容积法的结果进行修正，并将排出的燃油注入集油槽，至此，计算机计算出该次的喷油率，腔内背压恢复到初始背压，第一次高压喷油引入的高频激波振荡被孔板滤波器消除从而不会对下一次的燃油喷射测量产生影响，多次喷射的第一次喷射过程测量结束，且测量精度较高。

喷油器进行多次喷射的后几次喷射，每一次喷油率的测量重复上述过程直到预喷-主喷-后喷全部测量完成。

测量完成后，关闭喷油器，卸料阀将密闭腔体内燃油排出，测量过程结束。

本发明在Zeuch容积法的基础上利用孔板滤波器消除高压喷射产生的激波振荡，又利用体积流量计测出每次喷油量对Zeuch容积法进行修正，进一步增加测量精度。

具体实施例二：

本发明的适用于多次喷射的高精度燃油喷射率检测装置：包括圆柱形测量腔体、孔板滤波器、上下部位两个压力传感器安装支架、一个温度传感器安装支架和阀门安装支架等组成的测量仪器主体以及由两个压力传感器、一个温度传感器、体积调节阀门、安全阀、高速卸料阀、体积流量计、外电路和计算机等组成的数据处理及控制系统，其特征是：在测量仪器主体上设置定容腔体，定容腔体底部安装孔板滤波器，孔板滤波器前后分别安装压力传感器用以测量滤波前后的压力变化，喷油器沿圆柱形腔体的轴线安装在测量腔体的上部，通过喷油器固定支架加以固定，喷油嘴深入腔体内部，卸料阀安装在孔板滤波器之后的定容腔体的底部，与喷油器安装位置相对，体积流量计安装在高速卸料阀之后，用来测量每次喷射的喷油总量，体积调节阀、温度传感器和安全阀安装在孔板滤波器之前的定容腔体侧壁上，均用阀门固定支架加以固定，安全阀主要用来防止腔内压力的异常升高，体积调节阀不但用来微调密闭腔体的容积以适应不同的喷油量，而且用来调节腔内燃油背压，各类传感器、卸料阀和体积流量计通过数据采集卡和控制器连接计算机。

一种加装孔板滤波器的高精度多次喷射燃油喷射率检测仪，其测量方法为：

首先关闭卸料阀，打开安全阀，利用喷油器向空腔内低压充油，腔内气体通过腔体上侧的安全阀通道排出，待腔内充满燃油且气体完全排出后，关闭安全阀；

喷油器继续喷油，同时读取压力传感器的压力示数，当腔内压力到达初始设定背压附近后，停止喷油；

微调体积调节阀使腔内背压达到预定值，然后调整喷油器到待测量状态；

喷油器在测量状态下多次喷油，每次喷油过程中产生的高频激波振荡在通过孔板滤波器之后大大削弱；

压力传感器检测腔内压力变化率并传输给计算机，根据Zeuch公式计算得出喷油率；

同时卸料阀以极高的响应速度及时排出上一次喷射入腔体内部的燃油，以保证下一次喷射的腔内背压保持初始恒定值；

体积流量计检测每次喷射的喷油总量，对压力传感器的测量结果进行进一步修正，一次测量过程结束。

本发明利用Zeuch体积法测量燃油喷射率，通过加装孔板滤波装置来削弱高压燃油喷射过程中密闭腔体内的高频激波振荡，减少干扰激波振荡对单次喷射时有用信号的淹没，也减少多次喷射时上一次喷射的干扰激波振荡对下一次喷射时喷油起始点测量的干扰。

该喷油率检测仪的工作过程及原理为：

测量前首先检查孔板滤波器是否在密闭腔体靠近底部的位置紧密固定，要保证孔板滤波器不能有变形、损坏，孔隙不能堵塞，孔板表面和孔洞内侧面光滑，有较好的加工精度。其次在安装固定支架上安装压力传感器、温度传感器、高速卸料阀、体积调节阀等部件，将体积流量计安装在高速卸料阀的下游，阀门和传感器通过数据采集器和控制器连接计算机，喷油器通过喷油器固定支架沿腔体轴线安装在腔体上侧，喷油嘴深入腔体内部，喷油器连接高压油管，安全阀暂时打开；

打开喷油器向腔体内部低压注油，当腔内充满燃油且腔内气体完全排出后关闭安全阀，打开压力传感器，调节喷油器向密闭腔体内高压喷油，当压力传感器检测到腔内压力接近设定背压时，停止喷油，调节体积调节阀门使腔内背压达到设定值，开启并调节传感器、阀门、控制器、数据采集卡和计算机处于待测量状态，调节喷油器处于待测量状态，准备工作完成。

启动喷油器多次喷射，在每次喷射过程中，孔板滤波器下方的压力传感器记录腔内压力变化率并传递给计算机算出该次喷射的喷油率，孔板滤波器上方的压力传感器作为对比，由测得的压力曲线可知，孔板后的干扰激波振荡大大减小。

在一次喷油结束之后下一次喷油开始之前的时间间隔内，腔内的压力变化率会减少到0，在一次燃油喷射结束时，高速卸料阀排出腔内燃油使腔内压力恢复到初始设定背压，此时卸料阀排出的燃油总量与喷油器该次的喷油量相等，体积流量计测得该次喷射质量，对Zeuch容积法的结果进行修正，由于高压共轨多次喷射的两次喷油间隔很短，因此高速卸料需要极高的响应速度并在下次喷油之前恢复密闭腔体内原始背压。至此，计算机计算出该次的喷油率，腔内背压恢复到初始背压，第一次高压喷油引入的高频激波振荡被孔板滤波器消除从而不会对下一次的燃油喷射测量产生影响，多次喷射的第一次喷射过程测量结束，且测量精度较高。

喷油器进行多次喷射的后几次喷射，每一次喷油率的测量重复上述过程直到预喷-主喷-后喷全部测量完成。

测量完成后，关闭喷油器，卸料阀将密闭腔体内燃油排出，测量过程结束。

本发明在Zeuch容积法的基础上利用孔板滤波器消除高压喷射产生的激波振荡，又利用体积流量计测出每次喷油量对Zeuch容积法进行修正，进一步增加测量精度。

具体实施例三：

一种加装孔板滤波器的高精度多次喷射燃油喷射率检测仪，包括圆柱形测量腔体、孔板滤波器、上下部位两个压力传感器安装支架、一个温度传感器安装支架和阀门安装支架等组成的测量仪器主体以及由两个压力传感器、一个温度传感器、体积调节阀门、安全阀、高速卸料阀、体积流量计、外电路和计算机等组成的数据处理及控制系统，其特征是：在测量仪器主体上设置定容腔体，定容腔体底部安装孔板滤波器，孔板滤波器前后分别安装压力传感器用以测量滤波前后的压力变化，喷油器沿圆柱形腔体的轴线安装在测量腔体的上部，通过喷油器固定支架加以固定，喷油嘴深入腔体内部，卸料阀安装在孔板滤波器之后的定容腔体的底部，与喷油器安装位置相对，体积流量计安装在高速卸料阀之后，用来测量每次喷射的喷油总量，体积调节阀、温度传感器和安全阀安装在孔板滤波器之前的定容腔体侧壁上，均用阀门固定支架加以固定，安全阀主要用来防止腔内压力的异常升高，体积调节阀不但用来微调密闭腔体的容积以适应不同的喷油量，而且用来调节腔内燃油背压，各类传感器、卸料阀和体积流量计通过数据采集卡和控制器连接计算机。

在普通的圆柱形测量腔体的底部安装孔板滤波装置，使其滤除高压燃油喷射产生的激波振荡。

在硬质薄板上开一定数量和大小的穿孔。

在高速卸料阀之后连接体积流量计，体积流量计测量得到的卸料阀的卸油量对容积法测得的喷油率进行修正。

一种柴油机多次喷射高精度燃油喷射率测量装置的测量方法，其特征是：

首先关闭卸料阀，打开安全阀，利用喷油器向空腔内喷油，腔内气体通过腔体上侧的安全阀通道排出，待腔内气体完全排出后，关闭安全阀；

喷油器继续喷油，读取压力传感器的压力示数，当腔内压力到达初始设定背压附近后，停止喷油，并微调体积调节阀使腔内背压达到预定值，然后调整喷油器到待测量状态；

喷油器在测量状态下多次喷油，每次喷油过程中产生的高频激波振荡在通过孔板滤波器之后大大削弱，压力传感器检测腔内压力变化率并传输给计算机计算得出喷油率，同时卸料阀以极高的响应速度及时排出上一次喷射入腔体内部的燃油，以保证下一次喷射的腔内背压保持初始恒定值。

体积流量计检测每次喷射的喷油总量，对压力传感器的测量结果进行进一步修正。

本发明包括落在所附权利要求范围内的所有实施方案，而不局限于公开的具体实施方案。

Claims (1)

1.一种多次喷射燃油喷射规律测量方法，该方法采用的多次喷射燃油喷射规律测量装置包括：圆柱形测量定容腔体（1）、孔板滤波器（2）、喷油器安装支架（3）、高压油管（13）、集油槽（14）、连接螺栓（16）、喷油器（17）、数据处理及控制系统；所述的喷油器（17）通过喷油器安装支架（3）安装在圆柱形测量定容腔体（1）的顶部，且喷油器（17）位于圆柱形测量定容腔体（1）的轴线上；所述的高压油管（13）与喷油器（17）连接；所述的孔板滤波器（2）安装在圆柱形测量定容腔体（1）的内部；所述的孔板滤波器（2）为圆形刚性薄板，并设有孔洞；所述的圆柱形测量定容腔体（1）由主缸体和底部缸体组合后形成，所述的主缸体和底部缸体通过连接螺栓（16）相连接；所述的数据处理及控制系统包括：上压力传感器（4）、下压力传感器（5）、温度传感器（6）、体积调节阀（7）、安全阀（8）、高速卸料阀（9）、体积流量计（10）、外电路（11）、数据采集卡（12）、控制器（15）和计算机（18）；所述的上压力传感器（4）和下压力传感器（5）均安装在圆柱形测量定容腔体（1）内，且上压力传感器（4）位于孔板滤波器（2）的上方，下压力传感器（5）位于孔板滤波器（2）的下方；温度传感器（6）、体积调节阀（7）和安全阀（8）安装在圆柱形测量定容腔体（1）的侧壁上，且位于孔板滤波器（2）的上方；所述的高速卸料阀（9）安装在圆柱形测量定容腔体（1）的底部，且高速卸料阀（9）通过体积流量计（10）与集油槽（14）相连；其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：关闭高速卸料阀（9），打开安全阀（8），利用喷油器（17）向圆柱形测量定容腔体（1）内喷油，圆柱形测量定容腔体（1）内气体通过圆柱形测量定容腔体（1）上侧的安全阀通道排出，待圆柱形测量定容腔体（1）内气体完全排出后，关闭安全阀（8）；

步骤二：喷油器（17）继续喷油，读取压力传感器的压力示数，当腔内压力到达初始设定背压附近后，停止喷油，并微调体积调节阀（7）使腔内背压达到预定值，然后调整喷油器（17）到待测量状态；

步骤三：喷油器（17）在测量状态下多次喷油，每次喷油过程中产生的高频激波振荡在通过孔板滤波器（2）之后大大削弱，下压力传感器（5）检测腔内压力变化率并传输给计算机（18），采用Zeuch容积法计算得出喷油率，在一次燃油喷射结束、下一次燃油喷射之前，高速卸料阀（9）以极高的响应速度及时排出上一次喷射入圆柱形测量定容腔体（1）内部的燃油，以保证下一次喷射的腔内背压保持初始预定值；

步骤四：体积流量计（10）检测每次喷射的喷油总量来修正Zeuch容积法公式中的燃油体积弹性模量K。

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