CN108317032A - 一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置及方法，属于发动机技术领域，包括气瓶、稳压模块、控制模块、测量模块及信息处理模块，气体从气瓶输出，经过稳压模块进行稳压后输入到控制模块中的燃气喷射阀中，控制模块中的喷射阀驱动器对燃气喷射阀的喷射周期和喷气脉宽进行控制调节，之后气体进入测量模块，测量模块中包括定容积及质量流量两种测量模块，两模块间安装的第二气阀控制气体在两个模块中的流通，从而实现使用两种方法对燃气喷射量的测量，信息处理模块用于收集信号并进行处理。本发明实现了在同一个***中使用两套测量方法测量天然气发动机的燃气喷射量，且可将两种测量结果进行比较，提高了测量精度，降低了测量误差。
Description
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置及方法。
背景技术
随着能源的匮乏和环境的恶化，开发使用节能清洁燃料已刻不容缓。在诸多燃料中，天然气资源丰富，排放友好，近来得到了高度重视和应用。天然气是一种气态化石燃料，由不同种类的气体组成，其主要成分是甲烷。与传统的石油基燃料柴油和汽油相比，天然气具有较高的低热值，燃空当量比较低。天然气燃烧后的碳氧化合物与氮氧化合物排放较少，生成的碳烟更低，且不会产生铅、苯等有害物质。故而，作为理想的内燃机燃料，天然气的应用越来越广泛。
在天然气发动机中，缸内直喷技术可有效提高进气效率，供气特性稳定，改善发动机动力性、经济性和排放特性，因此缸内直喷技术渐渐地受到重视。在采用高压直喷的燃气***中，喷射量影响着燃烧特性，且对发动机控制***的开发有着重要的影响。掌握实际进气道内的燃气喷射过程有利于直喷技术的利用和发展，从而进一步解决天然气发动机功率不足的问题，提高发动机的燃油经济性。
目前，尚未有十分成熟而广泛的测量技术或装置用来测量燃气喷射量等喷射特性。国内研究表明，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、称重法和定容积法等，并且是针对单次喷气量以及稳态流量的测量。
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。通常情况下需要连续多次喷射后称量总量，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。
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精度较高，可以用于测试喷射阀稳态流量。
称重法仅适用于发动机台架测试，精度较低，不便于控制误差。
定容积法测燃气喷射量是从压力法测喷油规律演变而来的，且精度较高。具体操作为：向固定容积的气室内以一定的压力喷射气体，气室内会发生压力、温度变化，结合气体状态方程等公式进行推导后，就可以计算出喷射量。
综上所述，掌握燃气喷射量的喷射特性有利于发动机缸内直喷技术的发展，从而促进天然气发动机技术的应用，降低排放保护环境，因此，发明一种适用于天然气发动机燃气喷射量的测量装置很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现发动机燃气喷射规律测量且可在一套***中同时使用定容积法及质量流量计法的测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置及使用这种装置进行天然气发动机燃气喷射量测量的方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明公开了一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，包括气瓶1、稳压模块、控制模块、测量模块及信息处理模块；
稳压模块包括减压阀2、第一管道3、第一气阀4及稳压气室5，第一管道3连接气瓶1与稳压气室5，减压阀2与第一气阀4安装在第一管道3上，减压阀2安装于气瓶1与第一气阀4之间；
控制模块包括燃气喷射阀6、喷射阀阀座7、喷管8及喷射阀驱动器15，燃气喷射阀6通过螺栓固定在喷射阀阀座7上，分别与稳压气室5及喷射阀驱动器15相连接，喷管8从燃气喷射阀6后伸出；
测量模块包括定容积测量模块及质量流量测量模块，定容积测量模块又包括定容气室9、压力传感器10、温度传感器11及第二气阀12，质量流量模块又包括第二管道13及质量流量计14，定容气室9上安装有压力传感器10及温度传感器11，定容气室9的一端与喷管8相连，另一端与第二管道13相连接，第二管道13上安装有第二气阀12；
信息处理模块包括数据采集卡16及计算机17，数据采集卡16一端连接有压力传感器10及温度传感器11，另一端连接到计算机17上，计算机17还与喷射阀驱动器15相连接。
优选的，所述的减压阀2安装在气瓶1的出气口处附近。
优选的，所述的喷管8截面积大于燃气喷射阀6出口流通截面积。
优选的，所述的定容气室9的尺寸大小可灵活调节，可根据使用的燃气喷射阀6的尺寸计算。
优选的，所述的压力传感器10、温度传感器11与喷管8安装于定容气室9的同一侧。
优选的，所述的喷射阀驱动器15内含控制单元，调节控制燃气喷射阀6的喷射周期和喷射脉宽。
本发明还公开了一种测量天然气发动机燃气喷射量的方法，包括定容积法及质量流量计法，定容积法通过定容积测量模块实现，质量流量计法通过质量流量测量模块实现，通过两模块间的第二气阀的控制可实现定容积法与质量流量计法的先后测量，其具体的实现方式通过以下步骤实现：
(1)气体从气瓶中输出进入到第一管道，经过减压阀减压及第一气阀后流入稳压气室进行稳压；
(2)经稳压气室稳压后的气体通过管道进入燃气喷射阀，喷射阀驱动器对燃气喷射阀的喷射周期和喷气脉宽进行控制调节，从而以一定的压力向定容气室内喷射气体；
(3)关闭第二气阀，采用定容积法测量燃气喷射量，压力传感器及温度传感器监测定容气室内的压力和温度变化，数据采集卡收集压力传感器及温度传感器监测的信号，并将信号传输到计算机进行处理；
(4)打开第二气阀，采用质量流量计法测量燃气喷射量，气体经定容气室后流入质量流量计，质量流量计对流经的燃气进行喷射量测量。
本发明的有益效果在于：本发明公开的这种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，包括定容积测量模块及质量流量计测量模块，两模块之间的第二气阀控制气体的流动，从而实现了在同一个***中使用两套测量方法测量天然气发动机的燃气喷射量，且可将两种测量结果进行比较，提高了测量精度，降低了测量误差。
附图说明
图1为本发明中天然气发动机燃气规律试验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
结合图1，本发明公开了一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，包括气瓶1、稳压模块、控制模块、测量模块及信息处理模块；稳压模块包括减压阀2、第一管道3、第一气阀4及稳压气室5；控制模块包括燃气喷射阀6、喷射阀阀座7、喷管8及喷射阀驱动器15；测量模块包括定容积测量模块及质量流量测量模块，定容积测量模块又包括定容气室9、压力传感器10、温度传感器11及第二气阀12，质量流量模块又包括第二管道13及质量流量计14；信息处理模块包括数据采集卡16及计算机17。
第一管道3连接气瓶1与稳压气室5，减压阀2和第一气阀4安装在第一管道3上，减压阀2位于第一气阀4和气瓶1之间。减压阀2可控制调节从气瓶1出来的气体压力，第一气阀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。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16收集温度传感器11和压力传感器10的信号后，交给计算机17处理。第二气阀12打开时，从定容气室9流出的气体经过第二管道13后流入质量流量计14。
本发明还公开了一种测量天然气发动机燃气喷射量的方法，包括定容积法及质量流量计法，定容积法通过定容积测量模块实现，质量流量计法通过质量流量测量模块实现，通过两模块间的第二气阀的控制可实现定容积法与质量流量计法的先后测量，其具体的实现方式通过以下步骤实现：
(1)气体从气瓶中输出进入到第一管道，经过减压阀减压及第一气阀后流入稳压气室进行稳压；
(2)经稳压气室稳压后的气体通过管道进入燃气喷射阀，喷射阀驱动器对燃气喷射阀的喷射周期和喷气脉宽进行控制调节，从而以一定的压力向定容气室内喷射气体；
(3)关闭第二气阀，采用定容积法测量燃气喷射量，压力传感器及温度传感器监测定容气室内的压力和温度变化，数据采集卡收集压力传感器及温度传感器监测的信号，并将信号传输到计算机进行处理；
(4)打开第二气阀，采用质量流量计法测量燃气喷射量，气体经定容气室后流入质量流量计，质量流量计对流经的燃气进行喷射量测量。
其中，采用定容积法测量燃气喷射量时，关闭第二气阀12，向定容气室9以一定的压力喷射气体，结合气体状态方程进行推导计算喷气量。采用质量流量计法测量燃气喷射量时，打开第二气阀12，让气体从气瓶流出后，经过定容气室后，流入质量流量计内。
考虑到大功率发动机燃气喷射阀可能存在泄漏现象，计算时需要将测试周期内燃气喷射阀关闭阶段的燃气泄漏质量去掉，其中Δm为喷射阀喷射一次的喷气质量，P1为定容气室9内喷气前的压力，P2为气体喷射完毕且容器内压力达到稳定时的压力，f为测试周期，L为喷射阀泄漏速率，a为喷气持续期。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，其特征在于：包括气瓶(1)、稳压模块、控制模块、测量模块及信息处理模块；
稳压模块包括减压阀(2)、第一管道(3)、第一气阀(4)及稳压气室(5)，第一管道(3)连接气瓶(1)与稳压气室(5)，减压阀(2)与第一气阀(4)安装在第一管道(3)上，减压阀(2)安装于气瓶(1)与第一气阀(4)之间；
控制模块包括燃气喷射阀(6)、喷射阀阀座(7)、喷管(8)及喷射阀驱动器(15)，燃气喷射阀(6)通过螺栓固定在喷射阀阀座(7)上，分别与稳压气室(5)及喷射阀驱动器(15)相连接，喷管(8)从燃气喷射阀(6)后伸出；
测量模块包括定容积测量模块及质量流量测量模块，定容积测量模块又包括定容气室(9)、压力传感器(10)、温度传感器(11)及第二气阀(12)，质量流量模块又包括第二管道(13)及质量流量计(14)，定容气室(9)上安装有压力传感器(10)及温度传感器(11)，定容气室(9)的一端与喷管(8)相连，另一端与第二管道(13)相连接，第二管道(13)上安装有第二气阀(12)；
信息处理模块包括数据采集卡(16)及计算机(17)，数据采集卡(16)一端连接有压力传感器(10)及温度传感器(11)，另一端连接到计算机(17)上，计算机(17)还与喷射阀驱动器(15)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，其特征在于：所述的减压阀(2)安装在气瓶(1)的出气口处附近。
3.根据权利要求1所述的一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，其特征在于：所述的喷管(8)截面积大于燃气喷射阀(6)出口流通截面积。
4.根据权利要求1所述的一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，其特征在于：所述的定容气室(9)的尺寸大小可灵活调节，可根据使用的燃气喷射阀(6)的尺寸计算。
5.根据权利要求1所述的一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，其特征在于：所述的压力传感器(10)、温度传感器(11)与喷管(8)安装于定容气室(9)的同一侧。
6.根据权利要求1所述的一种测量天然气发动机燃气喷射量的试验装置，其特征在于：所述的喷射阀驱动器(15)内含控制单元，调节控制燃气喷射阀(6)的喷射周期和喷射脉宽。
7.一种测量天然气发动机燃气喷射量的方法，其特征在于，包括定容积法及质量流量计法，定容积法通过定容积测量模块实现，质量流量计法通过质量流量测量模块实现，通过两模块间的第二气阀的控制可实现定容积法与质量流量计法的先后测量，其具体的实现方式通过以下步骤实现：
(1)气体从气瓶中输出进入到第一管道，经过减压阀减压及第一气阀后流入稳压气室进行稳压；
(2)经稳压气室稳压后的气体通过管道进入燃气喷射阀，喷射阀驱动器对燃气喷射阀的喷射周期和喷气脉宽进行控制调节，从而以一定的压力向定容气室内喷射气体；
(3)关闭第二气阀，采用定容积法测量燃气喷射量，压力传感器及温度传感器监测定容气室内的压力和温度变化，数据采集卡收集压力传感器及温度传感器监测的信号，并将信号传输到计算机进行处理；
(4)打开第二气阀，采用质量流量计法测量燃气喷射量，气体经定容气室后流入质量流量计，质量流量计对流经的燃气进行喷射量测量。
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