CN112213227A - 一种燃油对固体材料质量影响的试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃油对固体材料质量影响的试验系统和方法，用于对燃料和发动机固体试样进行兼相容性试验，包括固体质量测量模块、控制单元以及控制单元控制的燃油动态模拟模块，所述的燃油动态模拟模块包括燃油管道以及分别设置于燃油管道上的流量调节单元和温度调节单元，所述的固体质量测量模块包括与燃油管道连通的试样静置室、悬挂于试样静置室顶部的悬臂、用于称量试样静置室质量的称量单元以及与称量单元连接的数据存储单元，所述的固体试样固定于悬臂上，与现有技术相比，本发明具有结构简单、操作方便、测量精确等优点。

Description

一种燃油对固体材料质量影响的试验系统和方法

技术领域

本发明涉及燃油性质测试领域，尤其是涉及一种燃油对固体材料质量影响的试验系统和方法。

背景技术

随着科技的发展，汽车已成为我们生活中不可缺少的交通工具，中国的机动车保有量迅速增加，随之而来的是中国的原油消费量逐年上升。2019年，中国消耗的原油中有超过70％来自进口，而且对外来原油的依赖也居高不下。寻求新型替代燃料降低原油对外依存度是机动车行业解决上述问题的重要途径，其中甲醇、乙醇等醇类燃料、二甲醚、生物柴油以及液化天然气等新型燃料在研究领域表现良好。在此背景下，需要对这些新型燃料是否对发动机产生不良影响进行长期实验测量，了解和评价新型替代燃料与现有发动机材料的适用性。除此之外，还需要在模拟实际发动机工况下，测量新型燃料对于发动机零件的影响。以上两种情况都需要对燃料和发动机材料进行兼相容性试验，需要兼相容性试验装置。

目前，国内外常用的试验方法主要是静态浸泡试验，通过在恒定温度下将材料长期悬浮于燃料环境中，测量材料和燃料前后的理化性质变化来评估两者的兼相容性。这种试验方法有较为明显的局限性：其一，无法动态模拟发动机实际工作环境中，高温燃油流动对于发动机零件的影响；其二，无法实现实时监测材料在燃油环境中的理化性质变化，对于燃油和材料的作用过程缺乏深入的分析；其三，对于材料利用程度低，单次试验后需将材料从燃油中取出，无法继续使用，试验时间成本较高。上述试验方法难以精确的体现燃油与材料两者的相互影响，试验结果说服力不强。

因此，亟需一种满足模拟发动机实际工况并对燃油流速和温度同时柔性可调，最大化利用试验材料，并能实时测量试验材料参数变化的试验装置，来满足本领域技术人员对于精确试验结果的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、操作方便、测量精确的燃油对固体材料质量影响的试验系统和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，用于对燃料和发动机固体试样进行兼相容性试验，包括固体质量测量模块、控制单元以及控制单元控制的燃油动态模拟模块，所述的燃油动态模拟模块包括燃油管道以及分别设置于燃油管道上的流量调节单元和温度调节单元，所述的固体质量测量模块包括与燃油管道连通的试样静置室、悬挂于试样静置室顶部的悬臂、用于称量试样静置室质量的称量单元以及与称量单元连接的数据存储单元，所述的固体试样设置于悬臂上。

进一步地，所述的燃油管道包括进油管道、回流管道和出油管道，所述的试样静置室的两端分别与进油管道和出油管道连接，所述的回流管道的一端与试样静置室的出油口连接，另一端与进油管道连接。

进一步地，所述的流量调节单元包括油箱、油泵、输入燃油流量计、燃油流速调节阀、燃油回流阀、废油出口控制阀和输出燃油流量计，所述的油箱上设置燃油进口，且与进油管道连接，所述的油泵、输入燃油流量计流速调节分别设置于进油管道与油箱连接处，所述的燃油流速调节阀设置于进油管道与试样静置室连接处，所述的燃油回流阀设置于回流管道上，所述的废油出口控制阀和输出燃油流量计分别设置于出油管道上。

更进一步地，所述的输入燃油流量计设置于油泵之后，所述的回流管道与进油管道的连接点设置于输入燃油流量计与燃油流速调节阀之间，所述的输出燃油流量计设置于废油出口控制阀之后。

进一步地，所述的温度调节单元包括温度传感器和燃油预热装置，所述的温度传感器和燃油预热装置分别设置于进油管道上的回流管道接入点之后。

更进一步地，所述的温度传感器、燃油预热装置和燃油流速调节阀按照燃油流动方向由前往后依次设置。

进一步地，所述的控制单元包括三个输入信号和五个输出信号；

所述的三个输入信号分别为输入燃油流量计实时采集的输入燃油流量信号、输出燃油流量计实时采集的输出燃油流量信号和温度传感器实时采集的输入燃油温度信号；

所述的五个输出信号分别为控制燃油预热装置的温度控制信号、控制燃油流速调节阀阀的燃油流速控制信号、控制燃油回流阀的开度控制信号、控制废油出口控制阀的开度控制信号和控制油泵的功率控制信号。

更进一步地，所述的控制单元还与称量单元，用于控制称量单元的测量频率，实现试样质量的实时测量。

一种如所述的燃油对固体材料质量影响的试验系统的试验方法，包括以下步骤：

S1：控制单元通过输入燃油流量计和温度传感器实时获取输入燃油流量和输入燃油温度；

S2：根据当前设定的试验模式，控制单元控制燃油流速调节阀阀的开度和燃油预热装置的功率，并判断当前试验系统的模拟燃油动态是否达到设定试验要求，若是，则执行步骤S3；

S3：控制单元控制燃油回流阀和废油出口控制阀开度，并通过输出燃油流量计实时获取输出燃油流量；

S4：称量单元实时称量试样静置室的质量，并通过试样静置室整体的质量变化和进出燃油的质量变化计算得到固体试样的质量变化值；

S5：将固体试样的质量变化值发送至数据存储单元。

进一步地，所述的步骤S2具体包括：

S21：判断当前设定的试验模式是否需要变温度，若是，则调节燃油预热装置的功率，否则保持燃油预热装置的功率不变；

S22：判断当前设定的试验模式是否需要变流速，若是，则调节燃油流速调节阀阀的开度，否则保持燃油流速调节阀阀的开度不变。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过设置燃油管道以及多个阀门和传感器，可根据需求，模拟不同工况下的发动机燃油动态，动态模拟发动机实际工作环境，对试样静置室中的试样质量进行实时测量，能够精确地体现燃油与材料两者的相互影响，试验结果精确，说服力强；

2)本发明系统的主题仅包括燃油管道、试样静置室、油箱、设置于其上的多个阀门和传感器以及控制单元，结构简单易实现，操作方便，便携性好；

3)本发明设置废油出口控制阀和燃油回流阀，单次试验后无需将材料从燃油中取出，可以继续使用，试验时间成本低。

附图说明

图1为本发明测试系统的结构示意图；

图2为控制单元部分及其输入输出信号示意图；

图3为本发明系统的工作流程示意图。

其中，1、燃油进口，2、油箱，3、油泵，4、输入燃油流量计，5、燃油预热装置，6、燃油流速调节阀，7、试样静置室，8、悬臂，9、称量单元，10、燃油回流阀，11、废油出口控制阀，12、输出燃油流量计，13、控制单元，14、数据存储单元，15、回流管道，16、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供一种模拟实际工况燃油温度及压力下，能够实时测量固体零件在燃油中的质量变化(即二者兼相容性)的试验系统，包括如下部分：燃油进口1、油箱2、油泵3、输入燃油流量计4、燃油预热装置5、燃油流速调节阀6、试样静置室7、悬臂8、称量单元9、燃油回流阀10、废油出口控制阀11、输出燃油流量计12、控制单元13、数据储存单元14、回流管道15和温度传感器16。试样静置室7上装有燃油预热装置5、燃油流速调节阀6、悬臂8、称量单元9、燃油回流阀10和废油出口控制阀11。燃油预热装置5、燃油流速调节阀6、温度传感器16通过连接控制单元13实现对于实际发动机工况下燃油温度、流速的实时动态模拟；油箱2装有燃油进口1并与油泵3、输入燃油流量计4、温度传感器16、燃油预热装置5、燃油流速调节阀6、燃油回流阀10、回流管道15相连，功能为实现燃油的缓存与循环流动；试样静置室7、悬臂8、称量单元9、数据储存单元14连接控制单元13实现固体试样的实时测量与数据存储。

如图2所示，控制单元13输入信号Input1为输入燃油流量计4实时采集的输入燃油流量信号，Input2为输出燃油流量计12的输出燃油流量信号，Input3为输入温度传感器16实时采集的输入燃油温度信号；输出信号Output1为控制燃油预热装置5的温度控制信号，Output2为燃油流速调节阀6的燃油流速控制信号，Output3为燃油回流阀10的开度控制信号，Output4为废油出口控制阀11的开度控制信号，Output5为油泵3的功率控制信号。

如图3所示，本发明试验系统的试验方法包括以下步骤：

S1：控制单元13通过输入燃油流量计4和温度传感器16实时获取输入燃油流量和输入燃油温度；

S2：根据当前设定的试验模式，控制单元13控制燃油流速调节阀6的开度和燃油预热装置5的功率，并判断当前试验系统的模拟燃油动态是否达到设定试验要求，若是，则执行步骤S3；

S21：判断当前设定的试验模式是否需要变温度，若是，则调节燃油预热装置5的功率，否则保持燃油预热装置5的功率不变；

S22：判断当前设定的试验模式是否需要变流速，若是，则调节燃油流速调节阀6的开度，否则保持燃油流速调节阀6的开度不变；

S3：控制单元13控制燃油回流阀10和废油出口控制阀11开度，并通过输出燃油流量计12实时获取输出燃油流量；

S4：称量单元9实时称量试样静置室7的质量，并通过试样静置室7整体的质量变化和进出燃油的质量变化计算得到固体试样的质量变化值；

S5：将固体试样的质量变化值发送至数据存储单元14。

由上述试验步骤可知，本发明试验系统可以分为三种工作模式：①定温度变流速控制模式，②定流速变温度控制模式，③变流速、变温度控制模式。同时，本发明可根据需求对试样静置室中的试样质量进行实时测量，各部位传感器和控制阀通过控制单元连接，进行实时控制调整，系统结构简单，易实现，方便操作，便携性好。

①定燃油温度变燃油流速控制模式，即定温度变流速控制模式

该模式下，燃油预热装置5的功率固定，控制单元13根据输入燃油流量计4实时采集的燃油流量输入信号和所要求的燃油流速控制燃油流速调节阀6，达到实时满足要求的燃油流速，控制单元13控制燃油回流阀10和废油出口控制阀11的开度。

②定燃油流速变燃油温度控制模式，即定流速变温度控制模式

该模式下，燃油流速调节阀6的开度固定，控制单元13根据输入燃油流量计4实时采集的燃油流量输入信号、温度传感器16实时采集的燃油温度信号和所要求的燃油温度调整燃油预热装置5的功率，达到实时满足要求的燃油温度，控制单元13控制燃油回流阀10和废油出口控制阀11的开度。

③燃油流速和燃油温度可调模式，即变流速、变温度控制模式

该模式下，控制单元13根据输入燃油流量计4实时采集的输入燃油流量、温度传感器16实时采集的燃油温度信号和实时要求的燃油温度控制燃油预热装置5的功率，使得燃油满足实时要求的温度；同时，控制单元10根据实时燃油流速要求控制燃油流速调节阀6的开度，以及燃油回流阀10的开度，满足实时要求的燃油流速，控制单元13控制燃油回流阀10和废油出口控制阀11的开度。

另外，控制单元13可根据要求控制称量单元9的测量频率，实现试样质量的实时测量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，用于对燃料和发动机固体试样进行兼相容性试验，其特征在于，包括固体质量测量模块、控制单元(13)以及控制单元(13)控制的燃油动态模拟模块，所述的燃油动态模拟模块包括燃油管道以及分别设置于燃油管道上的流量调节单元和温度调节单元，所述的固体质量测量模块包括与燃油管道连通的试样静置室(7)、悬挂于试样静置室(7)顶部的悬臂(8)、用于称量试样静置室(7)质量的称量单元(9)以及与称量单元(9)连接的数据存储单元(14)，所述的固体试样设置于悬臂(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的燃油管道包括进油管道、回流管道(15)和出油管道，所述的试样静置室(7)的两端分别与进油管道和出油管道连接，所述的回流管道(15)的一端与试样静置室(7)的出油口连接，另一端与进油管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的流量调节单元包括油箱(2)、油泵(3)、输入燃油流量计(4)、燃油流速调节阀(6)、燃油回流阀(10)、废油出口控制阀(11)和输出燃油流量计(12)，所述的油箱(2)上设置燃油进口(1)，且与进油管道连接，所述的油泵(3)、输入燃油流量计(4)分别设置于进油管道与油箱(2)连接处，所述的燃油流速调节阀(6)设置于进油管道与试样静置室(7)连接处，所述的燃油回流阀(10)设置于回流管道(15)上，所述的废油出口控制阀(11)和输出燃油流量计(12)分别设置于出油管道上。

4.根据权利要求3所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的输入燃油流量计(4)设置于油泵(3)之后，所述的回流管道(15)与进油管道的连接点设置于输入燃油流量计(4)与燃油流速调节阀(6)之间，所述的输出燃油流量计(12)设置于废油出口控制阀(11)之后。

5.根据权利要求3所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的温度调节单元包括温度传感器(16)和燃油预热装置(5)，所述的温度传感器(16)和燃油预热装置(5)分别设置于进油管道上的回流管道(15)接入点之后。

6.根据权利要求5所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的温度传感器(16)、燃油预热装置(5)和燃油流速调节阀(6)按照燃油流动方向由前往后依次设置。

7.根据权利要求5所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的控制单元(13)包括三个输入信号和五个输出信号；

所述的三个输入信号分别为输入燃油流量计(4)实时采集的输入燃油流量信号、输出燃油流量计(12)实时采集的输出燃油流量信号和温度传感器(16)实时采集的输入燃油温度信号；

所述的五个输出信号分别为控制燃油预热装置(5)的温度控制信号、控制燃油流速调节阀(6)的燃油流速控制信号、控制燃油回流阀(10)的开度控制信号、控制废油出口控制阀(11)的开度控制信号和控制油泵(3)的功率控制信号。

8.根据权利要求1所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验系统，其特征在于，所述的控制单元(13)还与称量单元(9)，用于控制称量单元(9)的测量频率，实现试样质量的实时测量。

9.一种如权利要求5所述的燃油对固体材料质量影响的试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：控制单元(13)通过输入燃油流量计(4)和温度传感器(16)实时获取输入燃油流量和输入燃油温度；

S2：根据当前设定的试验模式，控制单元(13)控制燃油流速调节阀(6)的开度和燃油预热装置(5)的功率，并判断当前试验系统的模拟燃油动态是否达到设定试验要求，若是，则执行步骤S3；

S3：控制单元(13)控制燃油回流阀(10)和废油出口控制阀(11)开度，并通过输出燃油流量计(12)实时获取输出燃油流量；

S4：称量单元(9)实时称量试样静置室(7)的质量，并通过试样静置室(7)整体的质量变化和进出燃油的质量变化计算得到固体试样的质量变化值；

S5：将固体试样的质量变化值发送至数据存储单元(14)。

10.根据权利要求9所述的一种燃油对固体材料质量影响的试验方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：

S21：判断当前设定的试验模式是否需要变温度，若是，则调节燃油预热装置(5)的功率，否则保持燃油预热装置(5)的功率不变；

S22：判断当前设定的试验模式是否需要变流速，若是，则调节燃油流速调节阀(6)的开度，否则保持燃油流速调节阀(6)的开度不变。

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