CN109186981A - 一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，该试验台包括分别设置在柜体上的：气体供给***：包括通过空气胶管依次连接的空气压缩机、稳压罐和气轨；流量测试***：包括多个并排设置在气轨上的喷嘴阀、通过钢管分别连接喷嘴阀出气口的集气罐以及与集气罐连接的集液罐；监测与标定上位机***：包括电子控制单元以及依次连接的上位机、电控单元数据采集卡、电流传感器和设置在气轨上的轨压传感器，所述的上位机与电子控制单元通信，所述的电流传感器用以采集电子控制单元驱动喷嘴阀的驱动电流。与现有技术相比，本发明具有等操作简单、测量准确、功能多样等优点。

Description

一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台

技术领域

本发明涉及气体机电控喷射***技术领域，尤其是涉及一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台。

背景技术

由于面临“能源危机和环境污染”双重问题，新的排放法规对废气中的NOx、SOx和颗粒物含量限值定义得极为严格。天然气作为汽车燃料具有资源丰富、价格低廉、排放污染低等突出优点，目前大功率气体机主要用于船舶、公交车及大功率发电机组，喷嘴阀作为燃料喷射***的重要组成部分，直接影响着发动机的性能，所以对喷嘴阀驱动以及流量测试非常重要。为了满足大功率的需求，测试喷嘴阀的流量，急需开发出一套大功率喷嘴阀流量测试***，此流量测试***可实现不同喷嘴阀的测试。

国内外对发动机喷油***流量测试的较多，而且误差不大，但在喷气阀的流量测试的研究较少，国内外采用气体流量计进行气体燃料流量测量，但是这种方式误差较大，而且流量较小时无法测出，另外还有采用排水集气法进行喷气流量测试，但是搭建设备复杂，操作复杂造成的误差很大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，该试验台包括分别设置在柜体上的：

气体供给***：包括通过空气胶管依次连接的空气压缩机、稳压罐和气轨；

流量测试***：包括多个并排设置在气轨上的喷嘴阀、通过钢管分别连接喷嘴阀出气口的集气罐以及与集气罐连接的集液罐

监测与标定上位机***：包括电子控制单元以及依次连接的上位机、电控单元数据采集卡、电流传感器和设置在气轨上的轨压传感器，所述的上位机与电子控制单元通信，所述的电流传感器用以采集电子控制单元驱动喷嘴阀的驱动电流。

所述的气体供给***还包括设置在空气压缩机和稳压罐入口之间的滤清器和高压切断阀、设置在稳压罐上的泄压阀以及设置在稳压罐出口与气轨之间的低压切断阀和压力调节阀。

所述的集液罐底部设有电子秤，该电子秤带串口的精密电子秤。

所述的监测与标定上位机***还包括用以为电子控制单元供电的直流电源。

本试验台的测试内容包括气轨与喷嘴阀气密性测试、喷嘴阀驱动能力测试以及喷嘴阀的流量测试。

所述的气轨与喷嘴阀气密性测试具体为：

保持喷嘴阀不驱动，先打开作为进气口主开关的高压切断阀，再打开作为次级开关的低压切断阀，调节压力调节阀使出口压力值达到0.5Mpa以上，使压缩空气进入到气轨中后，关闭低压切断阀，并关闭空气压缩机，测试时间30min后，若气轨压降小于设定阈值为合格。

所述的喷嘴阀驱动能力测试具体为：

电子控制单元选择分别驱动各个喷嘴阀，或选择驱动一组喷嘴阀，先打开作为进气口主开关的高压切断阀，再打开作为次级开关的低压切断阀，调节压力调节阀使出口压力值为0.5-1Mpa，使压缩空气进入到气轨中，电子控制单元使能驱动喷嘴阀，并标定喷嘴阀驱动电流参数，采用位移传感器获取喷嘴阀阀杆的行程，并获取保证喷嘴阀能完全打开的驱动参数，包括提升电流、峰值电流、保持电流和峰值电流维持时间。

所述的喷嘴阀的流量测试具体为：

在喷嘴阀允许的工作压力范围内，调节压力调节阀，使气轨内压力保持在设定的待测喷射压力下，在每一个待测喷射压力下，通过上位机标定***设定不同测试工况下的发动机转速、喷嘴阀的喷射次数和喷射脉宽，开始测试后，气体将通过喷嘴阀进入集气罐内，利用集气罐内外压差将与喷气量等体积的水排出到集液罐，待集液罐的液面保持稳定后通过获取液体的体积计算得到在该测试工况下喷嘴阀的基本喷气量Q′以及平均循环喷气量Q。

所述的喷嘴阀的基本喷气量Q′以及平均循环喷气量Q的计算式为：

Q′＝Q*s

Q＝M*t/(1000n*ρ*s*T)

其中，M为n次实验溢出水的总质量，t为喷气脉宽，n为试验次数，ρ为水的密度，s为喷射次数，T为喷射一次的周期时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提出一种基于排水称重法的气体机喷嘴阀流量特性测试方案，借助稳压罐的蓄压供压功能，保证喷嘴阀能在低转速下持续工作30min以上，优于通过质量流量传感器测量。

(2)本发明以空气压缩机提供气源代替了天然气，可以降低成本及减少污染和操作中的泄露危险。

(3)在***的供气管路上设计有稳压装置，该稳压装置减缓了高压气体在气体喷射过程中的压力变化，可以保证气轨进气压力稳定在压力调节阀压力一段时间。

(4)本发明可以测试不同的喷气阀，只需要将气轨与喷嘴阀进行更换，将驱动参数进行合理的调整，就能测试不同品牌喷气阀的流量。

(5)本发明可以测试气轨和喷嘴阀未开启的气密性，对发动机燃气泄漏做出检验。

(6)本发明可以模拟发动机的大背压状态，以合适的电流开启不仅可以节省能量，而且保证ECU控制单元的可靠性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的左视图。

图3为本发明的气路***示意图。

图4为本发明的功能构成简图。

图中标记说明：

1、柜体，2、滤清器，3、高压切断阀，4、稳压罐，5、泄压阀，6、低压切断阀，7、压力调节阀，8、气轨，9、轨压传感器，10、喷嘴阀，11、集气罐，12、集液罐，13、电子秤，14、空气胶管，15、电子控制单元，16、直流电源，17、上位机，18、数据采集卡，19、电流传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

为克服现有测试方法由于操作复杂造成的误差很大，因此基于这些缺陷，提出一直基于排水称重法的一套大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，能简单操作并进行准确的气体流量测试。

本发明的大功率喷嘴阀流量特性测试试验台由空气压缩机、空气滤清器2、高压切断阀3、稳压罐4、泄压阀5、低压切断阀6、压力调节阀7、气轨8、喷嘴阀10、集气罐11、集液罐12、电子控制单元15、上位机17、压力传感器9、电流传感器19和管路组成。

本发明采用空气压缩机代替发动机作为气源，稳压罐4包括蓄压和提供压力的作用，稳压罐4上有配置的压力显示器，实时显示压力的大小，来确定是否开启空压机。上位机17内的软件可以实时监测和标定大功率喷嘴阀的驱动电流参数，电流传感器19将采集的喷嘴阀驱动信号通过数据采集18卡传送到上位机17中，上位机17内的软件用以调节喷嘴阀开启的次数、驱动电流参数、喷气脉宽、模拟发动机转速等在正常的范围内，对喷嘴阀驱动能力进行检测，保证喷嘴阀的流量测试的全面性。

实施例：

如图1-3所示，本发明包括试验台主体、喷嘴阀的电子控制单元15、气体供给***、流量测试***和监测与标定上位机***。试验台主体包括柜体1和安装于柜体的固定卡箍、铝面板。电子控制单元15通过peak&hold方式驱动喷嘴阀10。气体供给***包括外接的空气压缩机、滤清器2、高压切断阀3、稳压罐4、安装在稳压罐上的泄压阀5、低压切断阀6、压力调节阀7、气轨8。流量测试***包括：喷嘴阀10、集气罐11、集液罐12、电子秤13。监测与标定上位机***包括：工业平板电脑，即上位机17、数据采集卡18、电流传感器19。电流传感器19将驱动电流波形通过数据采集卡传到上位机17，上位机17可以设置驱动参数以及流量测试相关的参数值，包括喷嘴阀驱动使能、发动机转速、喷气次数、喷气脉宽。

本发明专利大功率喷嘴阀流量特性测试试验台包括以下功能：

(1)本发明大功率喷嘴阀流量特性测试试验台可以进行气轨与喷嘴阀气密性测试:保持喷嘴阀10不驱动，先打开作为进气口主开关的高压切断阀3，再打开作为次级开关低压切断阀6，调节压力调节阀7到出口压力值为0.5Mpa以上，让压缩空气进入到气轨8中，然后关闭次级开关阀6，关闭空气压缩机。测试30min气轨压降小于一定值为合格。

(2)本发明大功率喷嘴阀流量特性测试试验台可以进行喷嘴阀驱动能力检测：分别驱动各个喷嘴阀10，也可以驱动一组喷嘴阀，先打开作为进气口主开关的高压切断阀3，再打开作为次级开关低压切断阀6，调节压力调节阀7到出口压力值为0.5-1Mpa，让压缩空气进入到气轨8中，使能喷嘴阀驱动，并标定喷嘴阀驱动电流参数，用位移传感器探测喷嘴阀阀杆的行程，找出合适的喷嘴阀驱动参数保证喷嘴阀10能完全打开，喷嘴阀驱动参数包括提升电流Iboost、峰值电流Ipeak、保持电流Ihold、峰值电流维持时间Tpeak-tot等。

(3)本发明大功率喷嘴阀流量特性测试试验台可以进行喷嘴阀的流量测试：在喷嘴阀允许的工作压力范围(高于大气压)内，调节压力调节阀7，使气轨8内压力保持在相应的目标喷射压力，在每一个待测喷射压力下，通过上位机标定***设定发动机转速、喷嘴阀的喷射次数和相应的喷射脉宽，***正常工作后，气体将通过喷嘴阀10进入集气装置的集气罐11内，随着喷气量的增加，集气罐11内压力逐渐升高，利用集气罐内外压差将与喷气量等体积的水排出到集液罐12中，直至测试循环结束，待液面保持稳定之后读取量杯内液体的体积，即可近似认为量杯内液体的体积即为该轨压和喷射脉宽条件下喷嘴在该测试循环的基本喷气量，除以喷气次数，即可得到该工况下的平均循环喷气量Q。也可由精密电子秤13读出排出液体的质量，送到上位机，通过换算得到喷嘴阀的喷气量。

下面对本发明所述大功率喷嘴阀流量特性测试试验台流量测试过程以及计算说明如下：

(1)检查气轨和喷嘴阀的气密性，将喷嘴阀驱动参数标定调整使能保证喷嘴阀完全打开。

(2)将压力调节阀调节到要求的目标压力，打开次级开关

(3)打开主开关，关闭泄压阀

(4)打开空压机开关

(5)当稳压罐的压力表显示压力为1MPA左右时，关闭空压机，关闭主开关。

(6)驱动某缸喷嘴阀按设定的参数开始工作

(7)某次测试完成之后，关闭阀喷嘴阀的驱动，先打开泄压阀，再关闭次级开关，关闭空压机开关和主开关

(8)读出量杯的中水的体积，或称重去皮后的质量。

当喷射停止后，等精密电子秤传送到上位机上的质量稳定后，记录这个溢出水的质量m，重复n次实验，将每次溢出水的质量相加记为M mg，喷射次数为s，喷射一次的空气的体积V＝M/n/ρ/s(单位为ml)，式中：ρ为水的密度。上位机标定的发动机转速为v r/min，再驱动过程中只打开一个喷气阀，计算一个阀的喷气量，喷射一次的周期时间为T＝120/n s，喷气脉宽为t ms，则平均循环喷气量Q(ml/次)计算有以下公式：

Q＝M*t/(1000n*ρ*s*T)

尽管上面结合图对本发明和实施过程进行了描述，但是以上具体实施例所公布的内容仅为本发明的部分优选方案，凡是基于本发明的技术方案、符合本发明的技术精神，属于本领域技术人员无需进行创造性劳动即可得到的实施都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，该试验台包括分别设置在柜体(1)上的：

气体供给***：包括通过空气胶管(14)依次连接的空气压缩机、稳压罐(4)和气轨(8)；

流量测试***：包括多个并排设置在气轨(8)上的喷嘴阀(10)、通过钢管分别连接喷嘴阀(10)出气口的集气罐(11)以及与集气罐(11)连接的集液罐(12)监测与标定上位机***：包括电子控制单元(15)以及依次连接的上位机(17)、电控单元数据采集卡(18)、电流传感器(19)和设置在气轨(8)上的轨压传感器(9)，所述的上位机(17)与电子控制单元(15)通信，所述的电流传感器(19)用以采集电子控制单元(15)驱动喷嘴阀(10)的驱动电流。

2.根据权利要求1所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的气体供给***还包括设置在空气压缩机和稳压罐(4)入口之间的滤清器(2)和高压切断阀(3)、设置在稳压罐(4)上的泄压阀(5)以及设置在稳压罐(4)出口与气轨(8)之间的低压切断阀(6)和压力调节阀(7)。

3.根据权利要求1所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的集液罐(12)底部设有电子秤(13)。

4.根据权利要求1所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的监测与标定上位机***还包括用以为电子控制单元(15)供电的直流电源(16)。

5.根据权利要求1所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，本试验台的测试内容包括气轨与喷嘴阀气密性测试、喷嘴阀驱动能力测试以及喷嘴阀的流量测试。

6.根据权利要求5所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的气轨与喷嘴阀气密性测试具体为：

保持喷嘴阀(10)不驱动，先打开作为进气口主开关的高压切断阀(3)，再打开作为次级开关的低压切断阀(6)，调节压力调节阀(7)使出口压力值达到0.5Mpa以上，使压缩空气进入到气轨(8)中后，关闭低压切断阀(6)，并关闭空气压缩机，测试时间30min后，若气轨压降小于设定阈值为合格。

7.根据权利要求5所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的喷嘴阀驱动能力测试具体为：

电子控制单元(15)选择分别驱动各个喷嘴阀(10)，或选择驱动一组喷嘴阀(10)，先打开作为进气口主开关的高压切断阀(3)，再打开作为次级开关的低压切断阀(6)，调节压力调节阀(7)使出口压力值为0.5-1Mpa，使压缩空气进入到气轨(8)中，电子控制单元(15)使能驱动喷嘴阀(8)，并标定喷嘴阀驱动电流参数，采用位移传感器获取喷嘴阀阀杆的行程，并获取保证喷嘴阀(10)能完全打开的驱动参数，包括提升电流、峰值电流、保持电流和峰值电流维持时间。

8.根据权利要求5所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的喷嘴阀的流量测试具体为：

在喷嘴阀(10)允许的工作压力范围内，调节压力调节阀(7)，使气轨(8)内压力保持在设定的待测喷射压力下，在每一个待测喷射压力下，通过上位机标定***设定不同测试工况下的发动机转速、喷嘴阀的喷射次数和喷射脉宽，开始测试后，气体将通过喷嘴阀(10)进入集气罐(11)内，利用集气罐(11)内外压差将与喷气量等体积的水排出到集液罐(12)，待集液罐(12)的液面保持稳定后通过获取液体的体积计算得到在该测试工况下喷嘴阀的基本喷气量Q′以及平均循环喷气量QQ。

9.根据权利要求8所述的一种大功率喷嘴阀流量特性测试试验台，其特征在于，所述的喷嘴阀的基本喷气量Q′以及平均循环喷气量Q的计算式为：

Q′＝Q*s

Q＝M*t/(1000n*ρ*s*T)

其中，M为n次实验溢出水的总质量，t为喷气脉宽，n为试验次数，ρ为水的密度，s为喷射次数，T为喷射一次的周期时间。