一种柴油机喷油嘴各孔有效流通截面积测量方法

摘要

本发明公开了一种柴油机喷油嘴各孔有效流通截面积测量方法，涉及柴油机喷油器技术领域，在喷油泵试验台上，在待测的喷油器距各喷孔轴线一定距离处安装有一定受力面积的力传感器，测量出喷雾动量。根据动量守恒定律，所测得的力与喷孔喷出的燃油动量相等。同时测量喷油嘴压力室压力、针阀升程，即可计算各孔有效流通截面积随时间或针阀升程的变化。本发明能更好进行喷油器的检测及质量控制，进而提高柴油机的性能，可提供给喷油器生产企业作为检测及控制喷油器各孔质量的设备，以及作为柴油机生产企业验收多孔喷油器质量的设备。

权利要求

1.一种柴油机喷油嘴各孔有效流通截面积测量方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，在喷油泵试验台上，用喷油泵试验台驱动喷油泵，孔式喷油器（1）通过高压油管与喷油泵相连，在待测的孔式喷油器（1）上距喷孔一定距离处安装力传感器（2）；

第二步，喷油器针阀上安装针阀升程传感器，喷油器压力室处安装小型压电式传感器；

第三步，起动油泵试验台，燃油通过孔式喷油器（1）上的喷孔喷出，同时测量喷油嘴压力室压力、针阀升程，当燃油喷射到力传感器（2）上，并同时用力传感器（2）测量各孔喷雾动量的油束冲击力 ；

第四步，根据动量守恒定律，所测得的力 与喷孔处的燃烧动量相等，即 （1）式中： 、、 、分别是质点的质量、速度、质点上的作用力和时间；为燃油由喷嘴喷到力传感器所经历的时间；力传感器（2）所测量出的油束冲击力 随时间变化；

第五步，由理论喷孔流速公式：

（2）可计算得出喷孔的燃油质量流量：

（3）第六步，将上述（2）、（3）式代入（1）式，可得：∴

式中： 、 、 分别为质点上的压力变化量、燃油的密度和喷孔有效流通截面积；

所得 即为所需测量值；

评价指标分析：

各孔有效流通截面积均值：

有效流通截面积最大差：

式中：为喷孔数目。

说明书

一种柴油机喷油嘴各孔有效流通截面积测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及柴油机喷油器技术领域，具体地说是提出一种多孔式喷油器各孔有效流通截面积测量方法。

背景技术

[0002] 柴油机的燃料供给一般是应用燃油喷射的方法以生成细小的油滴群，目的是增加燃油的蒸发气化面积，增大燃烧放热量。这是一个相当复杂的问题，其复杂性主要表现为：

[0003] 1）燃油喷射过程是一个动态过程。现代发动机一般转速在3000～6000rpm，最高可达上万转，燃油喷射的时间相当短，而且在几个毫秒中的喷油规律也是不一样的，因为对燃油喷射的分析中必须考虑实际情况；

[0004] 2）燃油喷雾不仅受到喷油器结构形式（柴油机中应用较多的是多孔喷油器），喷射压力、针阀升程的影响，还受到气缸内压力、温度、气流运动（包括宏观流动和湍流流动）的影响。燃油进入气缸后的油束生成过程又十分复杂，它包括油束雾化，油滴破碎，油滴碰撞和聚合，油束碰壁以及燃油多种成分的蒸发等；

[0005] 3）油束的主要部分油滴十分密集，从喷油器出口会形成一个液体核心，它的长度又受到了喷油器结构的影响，目前对两者之间关系的研究还不够深入。

[0006] 由于燃油喷射质量的好坏直接影响到柴油机的燃烧过程，从而影响到柴油机的性能和排放指标，因此，人们应用各种的测试设备和研究方法对燃油的喷射过程进行了大量的试验和理论研究，并取得了一些的成果。

[0007] 其中，孔式喷油器是直喷式柴油机的重要部件，日益受到了人们的重视。近年来，随着测量技术的发展，使得测量喷雾场的速度、温度、密度和浓度也趋于精确，为研究喷油器技术对燃油喷雾以及柴油机性能的影响提供了基础。

[0008] 孔式喷油器的流量值，决定于喷孔孔径、喷射压力、油液的密度和流量系数等因素。长期以来，人们对喷油器的检测往往只关注其喷射质量及喷孔的总流量，而忽略了对喷油嘴各个喷孔流量的检查，事实上，喷油器各个喷孔流量的大小对燃烧室内混合气的分布有决定性的影响，对柴油机的动力性、经济性和排放性能都是有重要影响的。孔式喷油器各孔有效流通截面积或流量系数对柴油机喷油燃烧及排放有重要影响，但较难测量，导致喷油器生产企业难于检测及控制器喷油器质量，而柴油机生产企业也只有在柴油机试车运行后才能判定喷油器质量。

[0009] 在国内，孔式喷油器的各孔流量测量方法及所用测试设备都还落后，虽然已有一种用稳态的容积法测量各孔流量的方法，但安装不便，且受到柴油温度、泡沫的影响较大，与喷油嘴实际工作状态也不一致。

[0010] 在前人的研究中，可以发现：在喷油泵试验台上，用喷油泵试验台驱动喷油泵，喷油器通过高压油管与喷油泵相连，喷油器针阀上安装针阀升程传感器，喷油器压力室处安装小型压电式传感器，在待测的喷油器上距喷孔一定距离处安装力传感器，测量出喷雾动量（力），根据动量守恒定律，所测得的力与喷孔出的燃烧动量相等。

发明内容

[0011] 本发明所要解决的技术问题是，采用动量法测量喷油嘴实际喷射（瞬态）时各孔有效流通截面积。使采测量时的状态尽量与喷油嘴实际工作状态一致。

[0012] 本发明所采取的技术方案是，在喷油泵试验台上，在待测的喷油器距各喷孔轴线一定距离处安装有一定受力面积的力传感器，测量出喷雾动量。根据动量守恒定律，所测得的力与喷孔喷出的燃油动量相等。同时测量喷油嘴压力室压力、针阀升程，即可计算各孔有效流通截面积随时间或针阀升程的变化。

[0013] 本发明的具体技术方案为：

[0014] 第一步，在喷油泵试验台上，用喷油泵试验台驱动喷油泵，孔式喷油器通过高压油管与喷油泵相连，在正对待测的孔式喷油器上距喷孔处安装力传感器。

[0015] 第二步，喷油器针阀上安装针阀升程传感器，喷油器压力室处安装小型压电式传感器，可用微型压电传感器安装在压力室测量或自行开发出夹持式压电传感器，夹在喷嘴压力室上方的圆柱体上进行压力测量。试验表明，各孔喷雾动量与各孔流量成正比，喷孔与测量喷雾动量的力传感器的距离在一定范围内变化时所测得力的大小几乎不变，因此该方法受传感器安装位置的影响不大。并且，所得结果是喷嘴实际喷射时所得，比稳态测得的各孔流量系数更加符合实际运行状态，且不受燃油温度、泡沫等因素的影响。

[0016] 第三步，起动油泵试验台，燃油通过孔式喷油器1上的喷孔喷出，同时测量喷油嘴压力室压力、针阀升程，并同时用传感器测量各孔喷雾动量，当燃油喷射到力传感器2上，由力传感器2测量出油束冲击力 。

[0017] 第三步，根据动量守恒定律，所测得的力 与喷孔出的燃烧动量相等，即[0018] （1）

[0019] 式中： 、、 、分别是质点的质量、速度、质点上的作用力和时间。 为燃油由喷嘴喷到力传感器所经历的时间。压力传感器所测量出的油束冲击力 随时间变化。

[0020] 第四步，由理论喷孔流速公式：

[0021] （2）

[0022] 可计算得出喷孔的燃油质量流量：

[0023] （3）

[0024] 第五步，将上述（2）、（3）式代入（1）式，可得：

[0025]

[0026] ∴

[0027] 式中： 、 、 分别为质点上的压力变化量、燃油的密度和喷孔有效流通截面积。

[0028] 所得 即为所需测量值。

[0029] 评价指标分析：

[0030] 各孔有效流通截面积均值：

[0031]

[0032] 有效流通截面积最大差：

[0033]

[0034] 式中：为喷孔数目。

[0035] 本发明所有益效果是，孔式喷油器各孔有效流通截面积或流量系数对柴油机喷油燃烧及排放有重要影响，但较难测量，导致喷油器生产企业难于检测及控制喷油器质量，而柴油机生产企业也只有在柴油机试车运行后才能判定喷油器质量。已有一种用稳态的容积法测量各孔流量的方法，分别用引流管将各孔燃油引入量杯，只能在稳定压力下测量，且安装不便，并受到柴油温度、泡沫的影响较大，与喷油嘴实际工作状态也不一致。本发明为了解决上述问题，提出一种采用动量法测量喷油嘴实际喷射（瞬态）时各孔有效流通截面积的方法，能更好进行喷油器的检测及质量控制，进而提高柴油机的性能，可以提供给喷油器生产企业作为检测和控制喷油器各孔质量的设备，也可作为柴油机生产企业验收多孔喷油器质量的设备。

附图说明

[0036] 图1孔式喷油嘴各孔有效流通截面积测量方法的装置示意图

[0037] 图1中 为喷孔距力传感器的距离

[0038] 1孔式喷油器，2力传感器，3针阀。

具体实施方式

[0039] 本发明具体实施过程为：

[0040] 第一步，如图（1）所示，在喷油泵试验台上，用喷油泵试验台驱动喷油泵，孔式喷油器1通过高压油管与喷油泵相连，在待测的孔式喷油器1上距喷孔一定距离处安装力传感器2。

[0041] 第二步，喷油器针阀上安装针阀升程传感器，喷油器压力室处安装小型压电式传感器。

[0042] 第三步，起动油泵试验台，燃油通过孔式喷油器1上的喷孔喷出，同时测量喷油嘴压力室压力、针阀升程，并同时用传感器测量各孔喷雾动量，当燃油喷射到力传感器2上，由力传感器2测量出油束冲击力 。

[0043] 第三步，根据动量守恒定律，所测得的力 与喷孔出的燃烧动量相等，即[0044] （1）

[0045] 式中： 、、 、分别是质点的质量、速度、质点上的作用力和时间。 为燃油由喷嘴喷到力传感器所经历的时间。压力传感器所测量出的油束冲击力 随时间变化。

[0046] 第四步，由理论喷孔流速公式：

[0047] （2）

[0048] 可计算得出喷孔的燃油质量流量：

[0049] （3）

[0050] 第五步，将上述（2）、（3）式代入（1）式，可得：

[0051]

[0052] ∴

[0053] 式中： 、 、 分别为质点上的压力变化量、燃油的密度和喷孔有效流通截面积。

[0054] 所得 即为所需测量值。

[0055] 评价指标分析：

[0056] 各孔有效流通截面积均值：

[0057]

[0058] 有效流通截面积最大差：

[0059]

[0060] 式中：为喷孔数目。