CN108301951A - 测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法 - Google Patents

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邵阳
宋恩哲
姚崇
范立云
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus

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Abstract

本发明公开了测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法，包括气瓶、减压阀、管道、气阀1、稳压气室、燃气喷射阀、喷射阀阀座、喷管、定容气室、压力传感器、温度传感器、喷射阀驱动器、数据采集卡、计算机以及气阀2；气瓶与稳压气室通过管道相连接，管道上装有减压阀和气阀1；定容气室为固定容积的刚性气室，喷管通过特殊加工的接头伸入气室，使定容气室与燃气喷射阀相连接；定容气室安装有压力传感器及温度传感器，通过数据采集装置将传感器数据传送给计算机进行处理；定容气室还装有排气用的管道，管道上安装气阀2。本发明适用于天然气发动机燃气喷射规律的测量但不限气体种类，采用定容积法，可以实现燃气喷射规律单次喷射的测量。

Description

测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法
技术领域
本发明属于发动机燃气喷射测量装置研究领域，具体涉及测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法。
技术背景
随着内燃机对能源的消耗量不断增加，排放污染问题日益严重，因此，如何减少有害气体的排放成为了研究热点。天然气资源储量丰富，价格低廉，并且适用性很强，它既可以汽油机上工作，用火花点燃方式点燃，又可以在高压缩比的柴油机上工作。天然气燃烧后形成的排放物中氮氧化物及硫氧化物的含量都远远低于柴油的燃烧产物。故而，作为理想的替代燃料，天然气在发动机上被广泛使用。
在天然气发动机中，为了降低碳氢的排放，缸内直喷技术以及进气道多点喷射渐渐地受到重视。在采用高压直喷的燃气***中，喷射规律影响着燃烧特性，并且，燃气喷射阀的喷射规律决定了燃气进气速率及单循环燃气的最大进气质量，直接影响了发动机的动力性、经济性及排放特性。因此，掌握实际进气道内的燃气喷射过程以及喷射规律有利于直喷技术的利用和发展，进一步解决天然气发动机功率不足的问题，并且降低排放以及提高燃油经济性。
国内外针对燃气喷射规律等喷射特性的测量尚未有可广泛应用的成熟的测量技术或装置，目前来看，针对单次喷气量以及稳态流量的测量的测量燃气喷射阀喷气特性的方法主要有排水法、质量流量计法和称重法等：
1)排水法：排水法的原理是根据喷嘴喷气时排出的水量，经换算后得到喷气的体积。喷嘴单次喷射出的体积较小，需连续多次喷射后称量，最后计算平均值。利用排水法测得的误差较小，但仅能测出单次的喷气总量。
2)质量流量计法：质量流量计法是指在喷射装置处安装质量流量计，在喷射稳定后，用流量计测量，计算机处理出结果。质量流量计法测量的误差较小，一般用于测试喷射阀稳态流量。
3)称重法：称重法仅适用于发动机台架测试，且误差较大，精度难以保证。
除此之外，定容积法也适用于燃气喷射规律的测量，且测量精度可以保证。定容积法是指用一定的压力向固定容积的气室内喷射气体，通过气室内的压力变化来计算出喷射规律。结合气体状态方程等公式进行推导，得到公式其中dm就是燃气喷射阀的瞬时质量流率，即喷射规律。
综上所述，天然气发动机的应用越来越广泛，而掌握燃气喷射规律有利于缸内直喷技术的发展，从而促进天然气发动机技术的应用，因此，发明一种适用于天然气发动机燃气喷射规律的测量装置及其试验方法很有必要。
发明内容
本发明提出了一种用于测量天然气发动机燃气喷射规律的试验装置及其试验方法，该试验装置基于定容积法，可实现发动机短脉宽喷射的喷气阀喷射规律的测量，且不限于天然气发动机，不限气体种类。本发明的技术解决方案如下：
测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，具体包括气瓶(1)、减压阀(2)、管道(3)、气阀1(4)、稳压气室(5)、燃气喷射阀(6)、喷射阀阀座(7)、喷管(8)、定容气室(9)、压力传感器(10)、温度传感器(11)、喷射阀驱动器(12)、数据采集卡(13)、计算机(14) 以及气阀2(15)。
所述的气阀1(4)安装在管道(3)上，位于减压阀(2)与稳压气室(5)之间；气阀2(15)安装在管道(3)上，管道与喷管(8)位于定容气室(9)的两侧；喷管(8)从燃气喷射阀(6)伸出后，进入定容气室(9)，所述的喷管(8)为直通喷管，。
所述的稳压气室(5)与燃气喷射阀(6)通过管道(3)相连；燃气喷射阀(6)固定在喷射阀阀座(7)上，以螺栓连接方式固定连接；所述的喷管(8)截面积大于燃气喷射阀(6) 出口流通截面积；所述的喷管(8)接头经过特殊加工。。
所述的喷射阀驱动器(12)内含控制器，控制器调节控制燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷射脉宽；所述的定容气室(9)的尺寸大小根据燃气喷射阀(6)来设计，定容气室(9)的容积大小不是固定值，容积随着燃气喷射阀(6)的不同而改变；喷射阀驱动器(12)与计算机(14)相连。
所述的压力传感器(10)与温度传感器(11)为高精度传感器；压力传感器(10)与喷管(8)安装在定容气室(9)的同一侧，温度传感器(11)安装在定容气室(9)的另一侧，与；压力传感器(10)与温度传感器(11)均与数据采集卡(13)相连。
一测量天然气发动机燃气喷射规律的实验方法，具体包括如下步骤：
(1)气阀1(4)开启，气体从气瓶(1)经减压阀(2)沿管道(3)流入稳压气室进行稳压；喷射阀驱动器(12)控制调节燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷气脉宽；气体经过喷射阀流入喷管(8)，再由喷管(8)进入定容气室(9)；
(2)向定容气室(9)内以一定压力喷射气体，压力传感器(10)以及温度传感器(11)测得气体的压强P，温度T信息，并将测得的信号传入计算机(14)根据喷射规律对所得信号进行处理；
(3)实验结束后，打开气阀2(15)将定容气室(9)内的气体排除，进行降压。
所述的步骤(2)具体包括：
所述的喷射规律满足其中dm为喷射规律，V为定容气室(9)容积，m为气体质量，M为摩尔质量，T为温度传感器(11)测量的绝对温度，P为压力传感器(10)测量的压力信号，R为摩尔气体常数。
附图说明
图1为本测量天然气发动机燃气喷射规律试验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来阐述本发明的较佳实施例，以便于本发明的设计目的和优点特征更易于被理解。
结合图1，本发明的技术方案是这样实现的，本发明包括气瓶(1)，减压阀(2)，管道(3)，气阀1(4)，稳压气室(5)，燃气喷射阀(6)，喷射阀阀座(7)，喷管(8)，定容气室(9)，压力传感器(10)，温度传感器(11)，喷射阀驱动器(12)，数据采集卡(13)，计算机(14)，气阀2(15)。气瓶(1)通过管道(3)与稳压气室(5)相连，管道(3)上装有减压阀(2)和气阀(4)。减压阀(2)可控制调节从气瓶(1)出来的气体压力，气阀1(4) 可控制气体的传输。从稳压气室(5)流出的气体流入燃气喷射阀(6)，由喷射阀驱动器(12) 来控制调节燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷气脉宽。燃气喷射阀(6)固定在喷射阀阀座(7) 上，连接方式为螺栓连接。喷管(8)从燃气喷射阀(6)伸出后，进入定容气室(9)。喷管 (8)是直通喷管，压力传感器(10)、温度传感器(11)与喷管(8)位于定容气室(9)的同一侧，可以避免喷射气流直接冲击到压力传感器，从而影响测量效果。数据采集卡(13) 收集温度传感器(11)和压力传感器(10)的信号后，交给计算机(14)处理。试验结束后由气阀2(15)控制排出定容气室(9)内的气体，以达到降压的效果。
本发明的测量步骤如下：先开启气阀1(4)，气体从气瓶(1)经减压阀(2)沿管道(3)流入稳压气室进行稳压；喷射阀驱动器(12)控制调节燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷气脉宽；气体经过喷射阀流入喷管(8)，再由喷管(8)进入定容气室(9)；向定容气室(9)内以一定压力喷射气体，压力传感器(10)以及温度传感器(11)测得气体的压强P，温度T 信息，并将测得的信号传入计算机(14)根据喷射规律对所得信号进行处理；实验结束后，打开气阀2(15)将定容气室(9)内的气体排除，进行降压。
压力传感器(10)以及温度传感器(11)感知测量压力以及温度的变化，由气体状态方程推导，对气体状态方程两端进行微分，得到公式式中dm即是喷射规律，V为定容气室(9)容积，m为气体质量，M为摩尔质量，T为温度传感器(11)测量的绝对温度，P为压力传感器(10)测量的压力信号，R为摩尔气体常数。
上述实施例仅作为更好的阐述本发明的举例，并非对实施方式作出限定，也并非限制本发明的专利范围。但凡利用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构或其他显而易见的变化，也包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.用于测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，具体包括气瓶(1)、减压阀(2)、管道(3)、气阀1(4)、稳压气室(5)、燃气喷射阀(6)、喷射阀阀座(7)、喷管(8)、定容气室(9)、压力传感器(10)、温度传感器(11)、喷射阀驱动器(12)、数据采集卡(13)、计算机(14)以及气阀2(15)。
2.根据权利要求1所述的用于测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，其特征在于：所述的气阀1(4)安装在管道(3)上，位于减压阀(2)与稳压气室(5)之间；气阀2(15)安装在管道(3)上，管道与喷管(8)位于定容气室(9)的两侧；喷管(8)从燃气喷射阀(6)伸出后，进入定容气室(9)，所述的喷管(8)为直通喷管。
3.根据权利要求1所述的用于测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，其特征在于：所述的稳压气室(5)与燃气喷射阀(6)通过管道(3)相连；燃气喷射阀(6)固定在喷射阀阀座(7)上，以螺栓连接方式固定连接；所述的喷管(8)截面积大于燃气喷射阀(6)出口流通截面积；所述的喷管(8)接头经过特殊加工。
4.根据权利要求1所述的用于测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，其特征在于：所述的喷射阀驱动器(12)内含控制器，控制器调节控制燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷射脉宽；所述的定容气室(9)的尺寸大小根据燃气喷射阀(6)来设计，定容气室(9)的容积大小不是固定值，容积随着燃气喷射阀(6)的不同而改变；喷射阀驱动器(12)与计算机(14)相连。
5.根据权利要求1所述的用于测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，其特征在于：所述的压力传感器(10)与温度传感器(11)为高精度传感器；压力传感器(10)与喷管(8)安装在定容气室(9)的同一侧，温度传感器(11)安装在定容气室(9)的另一侧，与；压力传感器(10)与温度传感器(11)均与数据采集卡(13)相连。
6.测量天然气发动机燃气喷射规律的实验方法，具体包括如下步骤：
(1)气阀1(4)开启，气体从气瓶(1)经减压阀(2)沿管道(3)流入稳压气室进行稳压；喷射阀驱动器(12)控制调节燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷气脉宽；气体经过喷射阀流入喷管(8)，再由喷管(8)进入定容气室(9)；
(2)向定容气室(9)内以一定压力喷射气体，压力传感器(10)以及温度传感器(11)测得气体的压强P，温度T信息，并将测得的信号传入计算机(14)根据喷射规律对所得信号进行处理；
(3)实验结束后，打开气阀2(15)将定容气室(9)内的气体排除，进行降压。
7.根据权利要求6所述的一种用于测量天然气发动机燃气喷射规律的实验方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括：
所述的喷射规律满足其中dm为喷射规律，V为定容气室(9)容积，m为气体质量，M为摩尔质量，T为温度传感器(11)测量的绝对温度，P为压力传感器(10)测量的压力信号，R为摩尔气体常数。
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