CN114251210B - 一种喷油装置的参数标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于柴油机技术领域,公开了一种喷油装置及喷油装置的参数标定方法,喷油装置包括第一喷油器和第二喷油器,第一喷油器和第二喷油器均倾斜设置在气缸盖上,第一喷油器包括第一喷油嘴,第一喷油嘴位于燃烧室中,沿第一喷油嘴的圆周方向设置有多个第一喷油孔,便于喷向燃烧室的边缘区域喷射油束;第二喷油器包括第二喷油嘴,第二喷油嘴位于燃烧室中,第二喷油嘴上设置有第二喷油孔和第三喷油孔,第二喷油孔朝向燃烧室的中心区域,以使第二喷油嘴喷出的油束指向燃烧室的中心区域,第三喷油孔朝向燃烧室内的环形凸起,以使第二喷油嘴喷出的油束指向燃烧室的环形凸起。
Description
技术领域
本发明涉及技术柴油机领域,尤其涉及一种喷油装置及喷油装置的参数标定方法。
背景技术
在活塞上设置有燃烧室,在气缸盖上垂直设置有一支喷油器,且喷油器的喷油嘴位于燃烧室的中心区域,从而向燃烧室内喷射燃油。气体通过进气道进气,在气缸的缸体内形成沿着缸壁螺旋的涡流运动,且涡流比从缸体的边缘区域向中心区域方向逐渐减小。活塞运行过程中,在活塞靠近压缩上止点时喷油器开始喷油,并在油束末端形成卷吸效应,油束与气体进行混合形成可燃混合气。但是,由于燃烧室的中心区域涡流比较小,且喷油器喷出的油束主要分布于燃烧室边缘区域,中心区域没有燃油与气体混合,空气利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷油装置,提高燃烧室中心区域的空气利用率。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种喷油装置,包括:
第一喷油器,其倾斜设置于气缸盖,所述第一喷油器包括第一喷油嘴,所述第一喷油嘴位于燃烧室中,沿所述第一喷油嘴的圆周方向设置有多个第一喷油孔;
第二喷油器,其倾斜设置于所述气缸盖,所述第二喷油器包括第二喷油嘴,所述第二喷油嘴位于所述燃烧室中,所述第二喷油嘴上设置有第二喷油孔和第三喷油孔,所述第二喷油孔朝向所述燃烧室的中心区域,以使所述第二喷油嘴喷出的油束指向所述燃烧室的中心区域,所述第三喷油孔朝向所述燃烧室内的环形凸起,以使所述第二喷油嘴喷出的油束指向所述燃烧室的所述环形凸起。
作为优选,所述第二喷油器上设置有第四喷油孔,所述第四喷油孔射出的油束与涡流旋转方向相切。
作为优选,所述第一喷油器的轴线和所述气缸盖的轴线之间的夹角为α1,其中,10°≤α1≤70°,所述第二喷油器的轴线和所述气缸盖的轴线之间的夹角为α2,10°≤α2≤70°。
作为优选,所述第二喷油器上开设有多个所述第二喷油孔和多个所述第三喷油孔,所述第二喷油孔的孔径为D1,所述第三喷油孔的孔径为D2,且D2=(0.4~0.6)D1。
作为优选,所述第二喷油器的轴线与所述第三喷油孔射向所述环形凸起的油束之间的夹角为β2,50°≤β2≤75°。
本发明还提供了一种喷油装置的参数标定方法,用于对上述的喷油装置的参数进行标定,所述参数包括第一喷油器的开始喷射时刻和喷射压力,以及第二喷油器的开始喷射时刻,包括以下步骤:
S1、在活塞运行到压缩上止点前,所述第一喷油器开始喷射;
S2、在所述活塞运行到压缩上止点后,所述第二喷油器开始喷射;
S3、根据放热率计算得到放热率变化率;
S4、判断所述放热率变化率由正转负时,对应的曲轴转角的数值是否在标定范围内,若不在所述标定范围内,则调整所述参数,重复执行S1-S4,直至所述放热率变化率在由正转负时,对应的所述曲轴转角的数值处于所述标定范围内。
作为优选,所述标定范围为5°CA~10°CA,判断所述放热率变化率由正转负时,对应的所述曲轴转角的数值是否在5°CA~10°CA范围内,当对应的所述曲轴转角的数值在5°CA~10°CA范围内,将当前所述参数作为最终参数;当对应的所述曲轴转角的数值小于5°CA,将所述第二喷油器的开始喷射时刻延后,重复执行S1-S4;当对应的所述曲轴转角的数值大于10°CA,将所述第一喷油器的开始喷射时刻提前或者增大所述第一喷油器的喷射压力,重复执行S1-S4。
作为优选,在步骤S4中,一个周期内,不同时刻对应有不同的所述曲轴转角的数值,测得不同的所述曲轴转角的数值对应的所述放热率变化率,根据不同的所述曲轴转角的数值和不同的所述曲轴转角的数值对应的所述放热率变化率,将多个离散点拟合成曲线,绘制基于所述曲轴转角的所述放热率变化率曲线图,查图得到在所述放热率变化率由正转负时对应的所述曲轴转角的数值,然后进行判断。
作为优选,所述第一喷油器的开始喷射时刻为t1,所述第二喷油器的开始喷射时刻为t2,所述t1为所述活塞运行到所述压缩上止点前,所述曲轴转角的数值在15°CA~5°CA范围内的任意时刻,所述t2为所述活塞运行到所述压缩上止点后,所述曲轴转角的数值在3°CA~5°CA范围内的任意时刻。
本发明的有益效果:
本发明提供的喷油装置,通过在气缸盖上倾斜设置第一喷油器和第二喷油器,第一喷油器的第一喷油孔能够向燃烧室边缘区域喷射油束,第二喷油器的第二喷油孔能够向燃烧室的中心区域喷射油束,第二喷油器的第三喷油孔能够向燃烧室的环形凸起喷射油束,第一喷油器和第二喷油器相互配合,从而增强了燃烧室内的流场强度,促进了燃烧室内混合气均匀性,降低了烟度生成。第二喷油器的第二喷油孔在进行燃油喷射时,充分利用油束的湍动作用,高速射流在前进扩展的过程中不断卷吸附近的空气,在油束的周围形成卷吸效应,在燃油喷射入燃烧室的中心区域的时候将气缸的缸体内中心区域的空气卷入射流油束中,从而通过油束射流作用提高缸内中心区域的流场强度,促进了油气混合。相较于现有技术利用一支垂直设置于气缸盖上的喷油器结构,本发明提供的第二喷油器,第二喷油孔向燃烧室的中心区域喷射燃油,第三喷油孔向燃烧室的环形凸起喷射燃烧,在油束的卷吸效应作用下,与气缸的缸体内的空气快速混合形成可燃混合气,充分利用缸内的空气。
本发明提供的喷油装置的参数标定方法,根据放热率计算得到放热率变化率,再根据放热率变化率进行判断,当由正值转变为负值时,曲轴转角在标定范围内。如果对应的曲轴转角在标定范围内,则证明燃烧室燃烧过程中速燃期的燃烧速度正常,如果对应的曲轴转角不在标定范围内,根据实际情况进行调整。本发明提供的喷油装置的参数标定方法,提高了燃烧室燃烧过程中速燃期的燃烧速度,改善热量利用率,提升柴油机的动力性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的喷油装置设置在气缸盖上的剖视图;
图2是本发明实施例提供的喷油装置的参数标定方法的喷油规律曲线图;
图3是本发明实施例提供的喷油装置的参数标定方法的放热率变化率随曲轴转角变化的曲线图;
图4是本发明实施例提供的喷油装置的参数标定方法的流程图。
图中:
100、气缸盖;
200、燃烧室;201、环形凸起;202、上层凹坑;203、下层凹坑;
300、活塞;
1、第一喷油器;11、第一喷油嘴;
2、第二喷油器;21、第二喷油嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明实施例的描述中,术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。
本实施例提供了一种喷油装置,如图1所示,其包括第一喷油器1和第二喷油器2,第一喷油器1和第二喷油器2均倾斜设置在气缸盖100上,第一喷油器1包括第一喷油嘴11,第一喷油嘴11位于燃烧室200中,沿第一喷油嘴11的圆周方向设置有多个第一喷油孔,便于喷向燃烧室200的边缘区域喷射油束;第二喷油器2包括第二喷油嘴21,第二喷油嘴21位于燃烧室200中,第二喷油嘴21上设置有第二喷油孔和第三喷油孔,第二喷油孔朝向燃烧室200的中心区域,以使第二喷油嘴21喷出的油束指向燃烧室200的中心区域,第三喷油孔朝向燃烧室200内的环形凸起201,以使第二喷油嘴21喷出的油束指向燃烧室200的环形凸起201处。具体地,在燃烧室200内沿其内壁的周向设置有环形凸起201,环形凸起201将燃烧室200划分为上层凹坑202和下层凹坑203,燃烧室200的环形凸起201又称为活塞喉口位置,第三喷油孔能够朝向活塞喉口位置喷射油束。
本实施例提供的喷油装置,通过在气缸盖100上倾斜设置第一喷油器1和第二喷油器2,第一喷油器1的第一喷油孔能够向燃烧室200边缘区域喷射油束,第二喷油器2的第二喷油孔能够向燃烧室200的中心区域喷射油束,第二喷油器2的第三喷油孔能够向燃烧室200的环形凸起201喷射油束,第一喷油器1和第二喷油器2相互配合,从而增强了燃烧室200内的流场强度,促进了燃烧室200内混合气均匀性,降低了烟度生成。第二喷油器2的第二喷油孔在进行燃油喷射时,充分利用油束的湍动作用,高速射流在前进扩展的过程中不断卷吸附近的空气,在油束的周围形成卷吸效应,在燃油喷射入燃烧室200的中心区域的时候将气缸的缸体内中心区域的空气卷入射流油束中,从而通过油束射流作用提高缸内中心区域的流场强度,促进了油气混合。相较于现有技术利用一支垂直设置于气缸盖100上的喷油器结构,本实施例提供的喷油装置,第二喷油器2不仅向燃烧室200的中心区域喷射燃油,还向燃烧室200的环形凸起201喷射燃油,在油束的卷吸效应作用下,与气缸的缸体内的空气快速混合形成可燃混合气,充分利用缸内的空气。
具体地,如图1所示,第一喷油器1的第一喷油嘴11的安装位置位于气缸盖100的轴线上,第二喷油器2的第二喷油嘴21的安装位置与气缸盖100的轴线距离为L,且第一喷油器1的轴线和气缸盖100的轴线之间的夹角为α1,其中,10°≤α1≤70°,于本实施例中,α1为32°,第二喷油器2的轴线和气缸盖100的轴线之间的夹角为α2,10°≤α2≤70°,于本实施例中,α2为42°。于其他实施例中,和的角度根据实际情况需要进行设置,例如,α1可以为10°,20°,30°,40°,50°,60°或者70°,α2可以为10°,20°,30°,40°,50°,60°或者70°。需要说明的是,α1和α2的角度可以相等也可以不相等。更具体地,气缸盖100的轴线、第一喷油器1的轴线以及第二喷油器2的轴线在同一平面上。
具体地,如图1所示,第一喷油器1的第一喷油孔能够朝向燃烧室200的环形凸起201喷射燃油,第一喷油孔喷出的油束与第一喷油器1的轴线夹角为分别为γ1和γ2,于本实施例中,γ1为52°,γ2为111°。第二喷油器2的第二喷油孔朝向燃烧室200的中心区域喷射燃油,第二喷油孔喷出的油束与第二喷油器2的轴线夹角为β1,于本实施例中,β1为41°,第二喷油器2的轴线与第三喷油孔射向环形凸起201的油束之间的夹角为β2,50°≤β2≤75°,于本实施例中,β2为111°。
具体地,如图1所示,在第二喷油器2上开设有多个第二喷油孔和多个第三喷油孔,于本实施例中,第二喷油器2为五孔结构,第二喷油孔设置有三个,第三喷油孔设置有两个,第二喷油孔的孔径为D1,第三喷油孔的孔径为D2,且D2=(0.4~0.6)D1,设置D2为D1的0.4~0.6倍,分配了第二喷油器2喷出的油束流量,保证油束能够在燃烧室200内均匀分布。于其他实施例中,根据实际需要设置第二喷油孔和第三喷油孔的数量,以及第二喷油孔的孔径D1和第三喷油孔的孔径D2。
于其他实施例中,可以在第二喷油器2上设置有第四喷油孔,气体通过进气道进气,在缸体内形成沿着缸壁螺旋的涡流运动,第四喷油孔射出的油束与涡流旋转方向相切,进一步增强燃烧室200内中心区域的涡流比,促进了缸内的油气混合。
本实施例还提供了一种喷油装置的参数标定方法,用于对上述的喷油装置的参数进行标定,如图1至图4所示,喷油装置的参数包括第一喷油器1的开始喷射时刻和喷射压力,以及第二喷油器2的开始喷射时刻,喷油装置的参数标定方法包括以下步骤:
S1、在活塞300运行到压缩上止点前,第一喷油器1开始喷射;
S2、在活塞300运行到压缩上止点后,第二喷油器2开始喷射;
S3、根据放热率计算得到放热率变化率;
S4、判断放热率变化率由正转负时,对应的曲轴转角的数值是否在标定范围内,若不在标定范围内,则调整参数,重复执行S1-S4,直至放热率变化率在由正转负时,对应的曲轴转角的数值处于标定范围内。
需要说明的是,θ为放热率变化率,当θ>0,则认为放热率处于增长过程,当θ<0,则认为放热率开始下降。
本实施例提供的喷油装置的参数标定方法,根据放热率计算得到放热率变化率θ,再根据放热率变化率θ进行判断,当θ由正值转变为负值时,曲轴转角在标定范围内。如果对应的曲轴转角在标定范围内,则证明燃烧室200燃烧过程中速燃期的燃烧速度正常,如果对应的曲轴转角不在标定范围内,根据实际情况进行调整。本实施例提供的喷油装置的参数标定方法,提高了燃烧室200燃烧过程中速燃期的燃烧速度,改善热量利用率,提升柴油机的动力性。
具体地,如图4所示,在步骤S1以前,还包括步骤S0,在台架标定过程中,燃烧分析仪用于采集发动机每循环缸压曲线,实施标定缸压和对燃烧放热过程进行监控,在测试台架上连接燃烧分析仪,通过燃烧分析仪输出放热率。
具体地,在步骤S1中,第一喷油器1的开始喷射时刻为t1,第二喷油器2的开始喷射时刻为t2,t1为活塞300运行到压缩上止点前,曲轴转角的数值在15°CA~5°CA范围内的任意时刻,t2为所述活塞300运行到压缩上止点后,曲轴转角的数值在3°CA~5°CA范围内的任意时刻。
于本实施例中,如图2所示,第一喷油器1的喷射持续时间段为T1,第二喷油器2的喷射持续时间段为T2,T1时间段和T2时间段有部分重合,即在第一喷油器1正在喷射燃油时第二喷油器2就开始喷射,从而提高燃烧过程中速燃期的燃烧速度,图2中虚线框表示现有技术中只设置有一支喷油器时的喷射规律,实线框表示本实施例中采用第一喷油器1和第二喷油器2共同作用的喷射规律。于其他实施例中,T1时间段和T2时间段可以不重合,等第一喷油器1喷油结束后,第二喷油器2再开始喷射。
在步骤S4中,一个周期内,不同时刻对应有不同的曲轴转角的数值,测得不同的曲
轴转角的数值对应的放热率变化率,根据不同的曲轴转角的数值和不同的曲轴转角的数值
对应的放热率变化率,将多个离散点拟合成曲线,绘制基于曲轴转角的放热率变化率曲线
图,查图得到在放热率变化率由正转负时对应的曲轴转角的数值,然后进行判断。更具体
地,以曲轴转角为X轴,以放热率变化率θ为Y轴,绘制基于曲轴转角的放热率变化率θ曲
线图,可以从图中看到θ由正值转变为负值时,对应的曲轴转角的具体数值,从而根据对
应的曲轴转角,进行后续判断。
具体地,标定范围为5°CA~10°CA,活塞300运行到压缩上止点后,随着燃烧室200燃烧过程的持续进行,放热率变化率由正转负,曲轴转角在5°CA~10°CA范围内,因此在步骤S4中要判断放热率变化率θ由正转负时,对应的曲轴转角的数值是否在5°CA~10°CA范围内。
判断放热率变化率在由正转负时,对应的曲轴转角的数值是否在5°CA~10°CA范围内,当对应的曲轴转角的数值在5°CA~10°CA范围内,将当前参数作为最终参数;当对应的曲轴转角的数值小于5°CA,则证明燃烧室200燃烧过程中速燃期的燃烧速度快,将第二喷油器2的开始喷射时刻延后,重复执行S1-S4;当对应的曲轴转角的数值大于10°CA,则证明燃烧室200燃烧过程中速燃期的燃烧速度慢,将第一喷油器1的开始喷射时刻提前或者增大第一喷油器1的喷射压力,重复执行S1-S4。
具体地,如图3所示,燃烧后期是指t3到t4这段时间,在燃烧室200燃烧过程中燃烧
后期,当曲轴转角的变化值大于>15°CA,即t4对应的曲轴转角的数值与t3对应的曲轴转
角的数值之差大于15°CA,可以增大第二喷油器2的喷射压力,使该阶段的时间尽可能缩
短,加快放热过程,提升燃烧室200的燃烧后期的反应速度。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种喷油装置的参数标定方法,所述喷油装置包括:
第一喷油器(1),其倾斜设置于气缸盖(100),所述第一喷油器(1)包括第一喷油嘴(11),所述第一喷油嘴(11)位于燃烧室(200)中,沿所述第一喷油嘴(11)的圆周方向设置有多个第一喷油孔;
第二喷油器(2),其倾斜设置于所述气缸盖(100),所述第二喷油器(2)包括第二喷油嘴(21),所述第二喷油嘴(21)位于所述燃烧室(200)中,所述第二喷油嘴(21)上设置有第二喷油孔和第三喷油孔,所述第二喷油孔朝向所述燃烧室(200)的中心区域,以使所述第二喷油嘴(21)喷出的油束指向所述燃烧室(200)的中心区域,所述第三喷油孔朝向所述燃烧室(200)内的环形凸起(201),以使所述第二喷油嘴(21)喷出的油束指向所述燃烧室(200)的所述环形凸起(201);
所述第二喷油器(2)上设置有第四喷油孔,所述第四喷油孔射出的油束与涡流旋转方向相切;
所述喷油装置的参数标定方法对所述喷油装置的参数进行标定,所述参数包括第一喷油器(1)的开始喷射时刻和喷射压力,以及第二喷油器(2)的开始喷射时刻,其特征在于,包括以下步骤:
S1、在活塞(300)运行到压缩上止点前,所述第一喷油器(1)开始喷射;
S2、在所述活塞(300)运行到压缩上止点后,所述第二喷油器(2)开始喷射;
S3、根据放热率计算得到放热率变化率;
S4、判断所述放热率变化率由正转负时,对应的曲轴转角的数值是否在标定范围内,如果对应的所述曲轴转角在所述标定范围内,则证明燃烧室(200)燃烧过程中速燃期的燃烧速度正常,若不在所述标定范围内,则调整所述参数,重复执行S1-S4,直至所述放热率变化率在由正转负时,对应的所述曲轴转角的数值处于所述标定范围内。
2.根据权利要求1所述的喷油装置的参数标定方法,其特征在于,所述标定范围为5°CA~10°CA,判断所述放热率变化率由正转负时,对应的所述曲轴转角的数值是否在5°CA~10°CA范围内,当对应的所述曲轴转角的数值在5°CA~10°CA范围内,将当前所述参数作为最终参数;当对应的所述曲轴转角的数值小于5°CA,将所述第二喷油器(2)的开始喷射时刻延后,重复执行S1-S4;当对应的所述曲轴转角的数值大于10°CA,将所述第一喷油器(1)的开始喷射时刻提前或者增大所述第一喷油器(1)的喷射压力,重复执行S1-S4。
4.根据权利要求3所述的喷油装置的参数标定方法,其特征在于,在步骤S4中,一个周期内,不同时刻对应有不同的所述曲轴转角的数值,测得不同的所述曲轴转角的数值对应的所述放热率变化率,根据不同的所述曲轴转角的数值和不同的所述曲轴转角的数值对应的所述放热率变化率,将多个离散点拟合成曲线,绘制基于所述曲轴转角的所述放热率变化率曲线图,查图得到在所述放热率变化率由正转负时对应的所述曲轴转角的数值,然后进行判断。
5.根据权利要求1所述的喷油装置的参数标定方法,其特征在于,在步骤S1中,所述第一喷油器(1)的开始喷射时刻为t1,所述第二喷油器(2)的开始喷射时刻为t2,所述t1为所述活塞(300)运行到所述压缩上止点前,所述曲轴转角的数值在15°CA~5°CA范围内的任意时刻,所述t2为所述活塞(300)运行到所述压缩上止点后,所述曲轴转角的数值在3°CA~5°CA范围内的任意时刻。
6.根据权利要求1所述的喷油装置的参数标定方法,其特征在于,所述第一喷油器(1)的轴线和所述气缸盖(100)的轴线之间的夹角为α1,其中,10°≤α1≤70°,所述第二喷油器(2)的轴线和所述气缸盖(100)的轴线之间的夹角为α2,10°≤α2≤70°。
7.根据权利要求1所述的喷油装置的参数标定方法,其特征在于,所述第二喷油器(2)上开设有多个所述第二喷油孔和多个所述第三喷油孔,所述第二喷油孔的孔径为D1,所述第三喷油孔的孔径为D2,且D2=(0.4~0.6)D1。
8.根据权利要求1所述的喷油装置的参数标定方法,其特征在于,所述第二喷油器(2)的轴线与所述第三喷油孔射向所述环形凸起(201)的油束之间的夹角为β2,50°≤β2≤75°。
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