CN103471833B - 可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同步实现喷嘴内部流动影响因素瞬态测量的试验装置及方法，该实验装置包括压力控制系统、信号测试系统及油路系统；压力控制系统包括高压气泵、油气混合瓶、扰流器、压力轨道、第一电磁轨压控制阀、第二电磁轨压控制阀、压力补给阀、带压力控制装置的背压腔体；信号测试系统包括五个压力传感器，两个流量传感器，信号控制终端、CCD高速数码摄像机及计算机；油路系统包括高压油管、带比例放大喷油嘴的喷油器、输油泵。该试验装置可以同时开展喷射压力，喷嘴出口压力，喷油嘴结构及管内流动状态对柴油机喷嘴内部空化流动影响的试验研究，实现了在同一试验台上同步开展多工况下柴油机喷嘴内部空穴流动影响因素的瞬态测量。

Description

可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及燃油喷射过程的流量控制领域，特指一种可以同时探究喷射压力，喷嘴出口压力，喷油嘴结构及管内流动状态等因素对柴油机喷嘴内部空化流动影响的试验装置。 

背景技术

国内外近年来的大量研究表明，柴油机的雾化过程受喷嘴内部流动特性的影响显著。且柴油机的燃烧特性、排放及发动机性能直接受喷油器的喷雾特性的控制，而柴油机的性能及排放在很大程度上受喷雾贯穿距离、喷雾形状、油滴尺寸分布及其蒸发等喷雾特性的影响。现代柴油机为了提高柴油机的喷射压力，从而获得更好的雾化效果，广泛采用高压共轨燃油喷射技术，喷射压力可以达到2000bar，喷射速度超过300m/s，喷嘴直径小于0.1mm，在这样的条件下，柴油机喷嘴内极易形成空化作用，因此研究柴油机喷油嘴内部的空化流动就具有非常重要的研究意义。影响空化流动的主要因素有喷油嘴的几何机构、工作液体的性质及流动状态、喷射压力及背压的变化等。 

发明内容

为了更好地研究柴油机喷油嘴内部的空化流动，本发明提供了可以在同一试验台上同步开展多工况下柴油机喷嘴内部空穴流动影响因素瞬态测量的试验装置。

本发明所采用的技术方案是：

可同步实现喷嘴内部流动影响因素瞬态测量的试验装置，包括压力控制系统、信号测试系统及油路系统；所述压力控制系统包括高压气泵、油气混合瓶、扰流器、压力轨道、第一电磁轨压控制阀、第二电磁轨压控制阀、压力补给阀、带压力控制装置的背压腔体；所述信号测试系统包括五个压力传感器，两个流量传感器，信号控制终端、CCD高速数码摄像机及计算机；所述油路系统包括高压油管、带比例放大喷油嘴的喷油器、输油泵；

高压气泵、油气混合瓶、扰流器、压力轨道依次通过油路连接，压力轨道的末端装有压力补给阀，压力轨道上设置有第一电磁油压控制阀和第二电磁油压控制阀，压力轨道上两电磁油压控制阀门后各连接两条油路，每条油路上装有压力传感器和流量传感器，油路下端通过带比例放大喷油嘴的喷油器与带压力控制装置的背压腔体相连通，带压力控制装置的背压腔体上端接有压力传感器；第一电磁油压控制阀和第二电磁油压控制阀通过信号控制终端连接到计算机，CCD高速数码摄相机、所有的压力和流量传感器的信号输出端与信号控制终端相连接。

进一步，通过控制第一电磁轨压控制阀和第二电磁轨压控制阀分别控制位于其后方的油路的喷射压力大小。

进一步，通过扰流器调整整个油路的管内流动状态。

进一步，通过观测油路中装载的压力传感器来观测喷射压力变化，进而通过压力补给阀实现喷射压力的稳定。

可以同步实现喷嘴内部流动影响因素瞬态测量的试验方法，包括以下情况：

A、开展喷射压力对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，使得两条油路末端的背压腔保持相同的背压，关闭扰流器，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使喷射压力按照一定的规律变化，进而通过压力和流量传感器来获得不同喷射压力对喷嘴内部空化流动影响的试验研究；

B、开展喷嘴内部结构对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载不同结构的喷嘴，通过背压压力调节装置，使两条油路末端的背压腔体内压力保持恒定，再通过调整电磁油压调节阀来使得两条油路的喷射压力保持相同，关闭扰流器，进而通过压力和流量传感器来获得不同喷嘴结构对喷嘴内部空化流动影响的试验研究；

C、开展背压对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，关闭扰流器，通过背压腔附带的压力调节系统调节两油路末端背压腔内部的压力大小按一定规律变化，进而通过压力和流量传感器来获得不同背压对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。

D、开展管内流动状态对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，通过背压腔附带的压力调节系统调节两油路末端背压腔内部的压力相同，开启扰流器，通过压力和流量传感器来获得管内流动状态对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。

本发明的有益效果是：

本发明可以同时开展喷射压力、喷嘴出口压力、喷油嘴结构及管内流动状态对柴油机喷嘴内部空化流动影响的试验研究，实现了在同一试验台上同步开展多工况下柴油机喷嘴内部空穴流动影响因素的瞬态测量。

附图说明

图1是本发明可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置结构示意图。

图中：1、第一电磁油压控制阀，2、第二电磁油压控制阀，3、压力轨道，4、输油泵，5、带压力控制装置的背压腔体，6、带比例放大喷油嘴的喷油器，7、压力补给阀，8、高压气泵，9、油气混合瓶，10、扰流器，11、压力传感器，12、流量传感器，13、信号控制终端，14、计算机，15、CCD高速数码摄像机。

具体实施方式

下面结合本附图对发明做进一步详细说明

本发明一种可以实现多工况下柴油机喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置的结构如图1所示，图中，P代表压力变送单元，V代表流量变送单元，粗实线代表油路。该实验装置包括压力控制系统、信号测试系统及油路系统。压力控制系统包括高压气泵、油气混合瓶、扰流器、压力轨道、电磁轨压控制阀（左右共两个）、压力补给阀、带压力控制装置的背压腔体等；信号测试系统包括图示中压力变送单元五个，流量变送单元两个，信号控制终端、CCD高速数码摄像机及电脑等部件；油路系统包括高压油管、带比例放大喷油嘴的喷油器，输油泵。高压气泵、油气混合瓶、扰流器、压力轨道依次连接，压力轨道的末端装有压力补给阀，右侧分别装有两个电磁油压控制阀。压力轨道上两电磁油压控制阀门后各连接两个油路。两油路各装有压力和流量变送单元两套，下接带压力控制装置的背压腔体，背压腔体上端接有压力变送单元。图中两个电磁油压控制阀通过信号终端连接电脑控制，CCD高速数码摄相机、所有的压力和流量变送单元信号输出端与信号控制单元相连接。

本试验台主要是为了方便开展喷射压力，背压，工作介质的流动状态及喷油嘴的内部结构对对喷嘴内部空化流动的对比试验研究，具体操作如下：

（1）开展喷射压力对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，可以通过加载相同结构的喷嘴，使得两个油路末端的背压腔保持相同的背压，关闭扰流器，通过调整电磁轨压调节阀来调节两个油路的喷射压力，使喷射压力按照一定的规律变化，进而通过压力和流量传感单元来获得不同喷射压力对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。

（2）开展喷嘴内部结构对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，可以通过加载不同结构（长径比、喷孔锥角、喷孔数目等）的喷嘴，通过背压压力调节装置使两个油路末端的背压腔体内压力保持恒定，再通过调整电磁轨压调节阀来使得两个油路的喷射压力保持相同，关闭扰流器，进而通过压力和流量传感单元来获得不同喷嘴结构对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。

（3）开展背压对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，可以通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁轨压调节阀来调节两个油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，关闭扰流器，通过背压腔附带的压力调节系统调节两油路末端背压腔内部的压力大小按一定规律变化，进而通过压力和流量传感单元来获得不同背压对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。

（4）开展管内流动状态（不同的Re数）对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，可以通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁轨压调节阀来调节两个油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，通过背压腔附带的压力调节系统调节两油路末端背压腔内部的压力相同，开启扰流器，通过进而通过压力和流量传感单元来获得管内流动状态（不同的Re数）对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置，其特征在于：包括压力控制系统、信号测试系统及油路系统；所述压力控制系统包括高压气泵（8）、油气混合瓶（9）、扰流器（10）、压力轨道（3）、第一电磁油压控制阀（1）、第二电磁油压控制阀（2）、压力补给阀（7）、带压力控制装置的背压腔体（5）；所述信号测试系统包括五个压力传感器（11），两个流量传感器（12），信号控制终端（13）、CCD高速数码摄像机（15）及计算机（14）；所述油路系统包括高压油管、带比例放大喷油嘴的喷油器（6）、输油泵（4）；

高压气泵（8）、油气混合瓶（9）、扰流器（10）、压力轨道（3）依次通过油路连接，压力轨道（3）的末端装有压力补给阀（7），压力轨道（3）上设置有第一电磁油压控制阀（1）和第二电磁油压控制阀（2），第一电磁油压控制阀（1）后连接两条油路，第二电磁油压控制阀（2）后连接两条油路，每条油路上装有压力传感器和流量传感器，油路下端通过带比例放大喷油嘴的喷油器（6）与带压力控制装置的背压腔体（5）相连通，带压力控制装置的背压腔体（5）上端接有压力传感器；第一电磁油压控制阀（1）和第二电磁油压控制阀（2）通过信号控制终端（13）连接到计算机（14），CCD高速数码摄相机（15）、所有的压力和流量传感器的信号输出端与信号控制终端（13）相连接。

2.根据权利要求1所述的可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置，其特征在于：通过控制第一电磁油压控制阀（1）和第二电磁油压控制阀（2）分别控制位于其后方油路的喷射压力大小。

3.根据权利要求1所述的可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置，其特征在于：通过扰流器（10）调整整个油路的管内流动状态。

4.根据权利要求1所述的可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置，其特征在于：通过观测油路中装载的压力传感器来观测喷射压力变化，进而通过压力补给阀（7）实现喷射压力的稳定。

5.权利要求1至4中任意一项所述的可实现多工况下喷嘴内部流动瞬态测量的试验装置的试验方法，包括以下情况：

A、开展喷射压力对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，使得两条油路末端的背压腔保持相同的背压，关闭扰流器，通过调整电磁油压控制阀来调节两条油路的喷射压力，使喷射压力按照一定的规律变化，进而通过压力和流量传感器来获得不同喷射压力对喷嘴内部空化流动影响的试验研究；

B、开展喷嘴内部结构对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载不同结构的喷嘴，通过背压压力控制装置，使两条油路末端的背压腔体内压力保持恒定，再通过调整电磁油压控制阀来使得两条油路的喷射压力保持相同，关闭扰流器，进而通过压力和流量传感器来获得不同喷嘴结构对喷嘴内部空化流动影响的试验研究；

C、开展背压对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压控制阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，关闭扰流器，通过背压腔附带的压力控制系统调节两油路末端背压腔内部的压力大小按一定规律变化，进而通过压力和流量传感器来获得不同背压对喷嘴内部空化流动影响的试验研究；

D、开展管内流动状态对喷嘴内部空化流动影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压控制阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，通过背压腔附带的压力控制系统调节两油路末端背压腔内部的压力相同，开启扰流器，通过压力和流量传感器来获得管内流动状态对喷嘴内部空化流动影响的试验研究。