CN201347831Y - 直喷柴油机定容喷雾模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟直喷柴油机缸内喷雾的装置，包括用于喷射燃油的特殊加工的喷油器；用于将燃油油束分开的分油罩；用于充入和排出背景气体的进排气阀；用于可记录燃油喷射状况的透明观察窗等。其他附属装置包括：用于将燃油喷入模拟装置的高压供油系统；用于数据采集的高速数据采集系统等，所述装置可保证高压燃油喷入充有背景气体的模拟装置中，高速采集系统可记录供油系统参数和燃油喷射状况。本实用新型可以在不同背景温度、压力下进行试验，模拟柴油机缸内喷雾的特性，通过采集的数据可判断燃油喷雾状况，并且该装置具有可连接各种高压供油系统的通用性。

Description

直喷柴油机定容喷雾模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟直喷柴油机缸内喷雾的装置，特别是涉及用高速数据采集系统和高速摄影机采集喷入模拟装置中燃油的相关数据和图像，以此来分析和判断喷雾特性，从而达到研究柴油机缸内喷射的目的。

背景技术

影响柴油机燃烧及排放等特性的关键在于油、气、室三方面的相互匹配。随着电子控制技术的成熟，电控高压供油系统应运而生，电控单体泵、高压共轨、电控泵喷嘴等技术作为先进的高压喷油系统被应用到柴油机上，高压喷射系统受控于电控系统单元，喷油始点、供油压力、供油持续期、针阀升程等与供油规律相关的参数确定都会直接影响柴油机的雾化、混合及燃烧、排放等特性。对应发动机工况电控喷油系统何时喷油、怎样喷油及喷入缸内与空气的混合效果、燃烧状况成为研究的重点。

而直喷柴油机高压喷雾特性的研究一直是内燃机工作者关注的焦点。定容喷雾模拟装置可真实模拟发动机缸内直喷的喷雾状况，对研究燃油雾化等物理准备过程起着重要的作用。并且该装置具有可连接各种高压供油系统的通用性，对于喷油系统的研究、开发及方案调整有重要的指导意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一套可研究燃油雾化和喷油系统状况的试验装置，模拟柴油在缸内高背景气体密度环境下喷雾。

为了实现本实用新型的目的，提出了一种模拟直喷柴油机缸内喷雾的试验装置，用于喷雾特性测试，包括：固定在喷油器连接体上的试验喷油器；用于固定喷油器连接体的喷雾装置本体，其中喷油器的喷嘴伸入到喷雾装置本体的内腔内；固定在喷雾装置本体内部的分油罩上，用于分离喷油器的水平喷孔油束和垂直喷孔油束；与喷雾装置本体密封连接的透明观察窗；以及安装在喷雾装置本体的底板的放油螺丝。喷油器为预先加工的多孔喷油器，喷嘴具有多个用于产生水平喷孔油束的水平喷孔和一个用于产生垂直喷孔油束的垂直喷孔，从而模拟通用的多喷孔有夹角的喷油器的喷雾特性。分油罩中钢弹簧片的设计使水平喷孔和垂直喷孔的喷束隔离开，水平喷孔喷出的油通过分油罩收集并由导油管流到模拟装置的底部，垂直喷孔的油束可通过分油罩的中心孔喷入模拟装置内，同时钢弹簧片通过变形可以补偿喷油器安装时与分油罩的相对位置尺寸的误差。透明观察窗使得光源照射下测试设备可记录模拟装置内油束的发展过程。设置在透明观察窗和喷雾装置本体之间的密封装置可保证模拟装置的绝对密封，以使得模拟试验装置中高背景压力和温度达到试验要求。当测试设备不能清晰成像时，可人为地及时打开放油螺丝将油雾排出。该模拟试验装置具有可连接各种高压供油系统的通用性。

采用本发明可以在不同背景温度、压力下进行试验，模拟柴油机缸内喷雾的特性，通过采集的数据可判断燃油喷雾状况，并且该装置具有可连接各种高压供油系统的通用性。

附图说明

图1为模拟装置装配图。

图2为喷油器的喷嘴末端的截面视图。

图3为喷油器过水平喷孔轴线的径向截面视图。

图4为喷雾特性试验系统示意图。

图中：1.喷油器，2.喷油器压板，3.压板固定螺栓，4.连接体固定螺栓，5.喷油器连接体，6.密封垫，7.分油罩固定螺栓，8.分油罩，9.导油管，10.透明观察窗，11.密封垫，12.观察窗固定螺栓，13.钢垫片，14.放油螺丝，15.本体，21.水平喷孔，22.垂直喷孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的定容喷雾模拟装置，由本体15、喷油器连接体5、分油罩8、透明观察窗10、密封垫11、导油管9等组成。与之配套的附属试验装置还有：喷油器、高压气瓶、电控单体泵喷油系统、传感器、充排管路、高速数据采集系统和测试设备等。

定容喷雾模拟装置为本发明的主要装置。根据试验条件要求，通过广安经验公式对喷雾贯穿距离和喷雾锥角的估算，将喷雾模拟装置本体内腔设计为120mm×120mm×120mm的立方体。

试验用N孔喷油器1通过喷油器连接体5固定在装置本体15上。喷油器上除了一个垂直喷孔外，另有(N-1)个夹角为180°的水平喷孔，为了不让水平喷孔喷出的油雾影响垂直孔喷雾图像，故在喷孔下方设置了分油罩8，分油罩中钢弹簧片的设计使水平喷孔和垂直喷孔的喷束隔离开。在分油罩正中间开了一个直径为6mm的小圆孔来保证垂直油束能够正常喷射出。喷油器上的垂直喷孔是专为该喷雾装置设计和加工的，水平方向的(N-1)个喷孔的设计目的是为保证原有N孔喷油器的喷雾特性不变。

在左右端面及前端面通过螺栓和垫片固定3块厚15mm的透明板、可观察定容装置内，模拟装置设计压力为3MPa。密封垫11可保证喷雾模拟装置内充入高压气体后密封良好。导油管9的作用是将分油罩内的燃油导流到装置本体的底板上，最后可通过底板上的放油螺丝14排出装置。

附属试验装置中，高压气瓶内的压力大约为2MPa，选用介质为SF6，常态下是一种无色、无味、无嗅、无毒的非燃烧气体，分子量146.06，标准状况下密度为6.09克/升，约为空气的5倍。SF6是已知化学安定性最好的气态物质之一，其惰性与氮气相似。它具有极好的热稳定性，纯态下即使在500℃以上高温也不分解。

如图3所示，电控单体泵喷油系统可定期的向模拟装置中喷油。传感器包括高压油管压力传感器、针阀升程传感器、压力表。充排管路包括一些进、出喷雾模拟装置的油路。高速数据采集系统用于采集记录高压油管压力和针阀升程等参数，每通道数据采集速率达1MHz。测试设备可记录下喷油时刻前后的燃油雾化情况、可测量出喷雾的贯穿度，试验时高速摄影机选定采集频率为6000fps。

如图1所示，本发明的喷雾模拟装置包括：喷油器1通过喷油器压板2固定在喷油器连接体5上，喷油器连接体5固定在喷雾装置本体15上，为使水平喷孔油束不影响垂直喷孔而设计的分油罩8也固定在本体15上，透明观察窗10通过密封垫11、钢垫片13和观察窗固定螺栓12与本体15密封，放油螺丝14安装在本体底板的下面，当需要放油时打开放油螺丝。

如图2所示，试验用喷油器的喷嘴上除了一个垂直喷孔21外，还有五个夹角为180°的水平喷孔22。

结合图3来说明具体的控制过程：

该套试验系统采用电控单体泵供油系统。在试验开始前，将模拟装置的进气阀打开充入SF6气体，形成模拟背景环境，试验前先确定好首次充入模拟装置中的气体的压力和温度，在后面的试验中通过充排气、是否加热来改变背景压力和温度，装置上的压力表可读出模拟装置内气体的压力。变频器与电机相连，可通过变频器改变电机的转速，同时改变与电机相连的凸轮轴转速，其转速为假想发动机转速的一半。当凸轮轴上的凸轮在工作段上运行时，单体泵柱塞上行将泵体内油压升高，当电控系统发出电子信号，泵体上的电磁阀通电使得回油孔闭合，油压继续上升，单体泵通过高压油管与试验用喷油嘴相连，当高压油管内压力大于喷油器针阀开启压力时，向定容喷雾装置中喷油。当达到喷油持续期终点时，电控系统将电子信号取消，电磁阀断电使得泵体回油孔打开开始泄油，当高压油管内油压小于针阀弹簧力作用时，针阀关闭停止喷油。当需要采集某背景压力、温度下的喷雾状况时，电控系统发出指令，喷油器喷油一次。试验用喷油器为特殊加工的N孔喷油器，水平方向打有(N-1)孔，另一孔为垂直布置，其意义为模拟通用的多孔有夹角的喷油器的喷雾特性。为不影响垂直喷孔的喷油效果，分油罩中钢弹簧片的设计可将水平喷孔与之隔离开来，水平喷孔喷出的柴油通过分油罩8收集并由导油管流到模拟装置的底部，垂直喷孔的油束可通过分油罩的中心孔喷入模拟装置内。高速数据采集系统可将高压油管内压力和针阀升程数据采集得到，测试设备可记录光源照射下模拟装置中喷油前后的油滴雾化情况。当测试设备拍摄到的图像不清晰时，说明模拟装置中的油雾太多，此时可将电机和电控系统关闭停止喷油动作，将模拟装置的排气阀打开使油雾排出。

整个系统的控制策略为：(1)对于某种背景压力和温度下的喷雾试验进行后，如需进行其他状态下的喷雾试验时，将放油螺丝打开放出柴油气、液态混合物，重新充入定量的SF6气体进行试验。(2)当透明观察窗被污染、测试设备无法清晰成像时，可将放油螺丝打开排出废气、废液，如需再作试验则可重新冲入SF6气体进行试验。

Claims (4)

1.一种直喷柴油机定容喷雾模拟装置，用于喷雾特性测试，其特征在于：在喷油器连接体上装有试验喷油器、喷雾装置本体，其中喷油器的喷嘴伸入到喷雾装置本体的内腔内；在喷雾装置本体内部装有分油罩，喷油器内加工有用于分离喷油器的水平喷孔油束和垂直喷孔油束；与喷雾装置本体密封连接的透明观察窗；以及安装在喷雾装置本体的底板的放油螺丝。

2.根据权利要求1所述的喷雾模拟装置，其特征在于，喷油器内预先加工有多孔喷油器，喷嘴加工有用于产生水平喷孔油束的水平喷孔和用于产生垂直喷孔油束的垂直喷孔。

3.根据权利要求1所述的喷雾模拟装置，其特征在于，分油罩中设置有钢弹簧片，钢弹簧片使水平喷孔和垂直喷孔的喷束隔离开。

4.根据权利要求1所述的喷雾模拟装置，其特征在于，在透明观察窗和喷雾装置本体之间设置有密封装置。

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