一种喷油规律测量系统和测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种喷油规律测量系统和测量方法，测量系统中，喷油孔与压电传感器对应设置，增加了一个调距装置，用于调节压电传感器与喷油孔之间的距离。本发明的方法比较传感器输出信号起止间隔时间与喷油持续期大小，并驱动调距装置调节传感器与喷油孔间的距离，直到两个时间基本相等，且传感器输出波形最平稳时为止，此时传感器所在位置即为最佳流量测量位置。本发明能够保证测量在液相流体区进行同时保证测量的稳定性。
【专利说明】一种喷油规律测量系统和测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种喷油规律测量系统和测量方法。
【背景技术】
[0002] 发动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。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；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。
[0003] 申请号为20110095233的中国专利文件"一种柴油机喷油嘴各孔有效流通截面 积测量方法"，涉及通过压电传感器测量喷油孔喷出的喷油压力，并通过喷油压力换算喷油 量。
[0004] 上述专利通过冲量定律和动量守恒计算喷油量。但实际上，喷雾油束从喷油孔喷 出后可依次划分为两个区域，即液相流体区和非液相流体区，在液相流体区，喷雾主要表现 为液态油束；而在非液相流体区，液态油束逐渐雾化。
[0005] 只有在液相流体区，测量压力能够较准确的获得与流量的对应关系，在非液相流 体区，线性度很差。如何保证测量在液相流体区进行是非常关键的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种喷油规律测量系统和测量方法，用以保证测量在液相流 体区进行同时保证测量的稳定性。
[0007] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0008] -种喷油规律测量系统，包括喷油器（5)、喷油器（5)上设置的喷油孔，与喷油孔 对应设置的压电传感器（6)，压电传感器连接测量装置，还设有用于记录所述喷油器（5)喷 油时间的计量模块（4)，计量模块（4)连接所述测量装置，用于调节所述喷油孔与压电传感 器距离的调距装置。
[0009] 喷油规律测量系统还包括一个高压油泵，高压油泵连接用以存储高压油泵泵出燃 油并使油压稳定的蓄压器，蓄压器的输出油路连接所述喷油器。
[0010] 所述调距装置为驱动所述压电传感器运动的调距装置（9)。
[0011] 所述测量装置为计算机终端（1〇)，计算机终端（1〇)通过采集装置（7)连接所述计 量模块（4)和测压模块（8)，所述压电传感器（6)通过所述测压模块（8)连接所述采集装置 ⑵。
[0012] 喷油规律测量方法，步骤如下：
[0013] 1)测量之前：测量压电传感器输出信号的起止间隔时间h，以及输出信号波形； 通过计量模块记录喷油持续期大小τ ;
[0014] 2)比较压电传感器输出信号起止间隔时间与喷油持续期大小，若两个时间不相 等，则驱动调距装置调节压电传感器与喷油孔间的距离，直到两个时间相等，且传感器输出 波形平稳；
[0015] 3)开始测量。
[0016] 本发明在测量系统中，喷油孔与压电传感器对应设置，增加了一个调距装置，用于 调节压电传感器与喷油孔之间的距离。
[0017] 本发明：比较传感器输出信号起止间隔时间与喷油持续期大小，并驱动调距装置 调节传感器与喷油孔间的距离，直到两个时间基本相等，且传感器输出波形最平稳时为止， 此时传感器所在位置即为最佳流量测量位置。
[0018] 传感器输出信号起止间隔时间为h，喷油持续期大小为Τ ;把h与Τ的比值定义为 时间数，以字母_表示，即：φ = |，以V值即可比较喷油孔处燃油流量与油束任意横截面 处流量的大小。当Φ值等于1时，表示该截面处燃油流量与喷油孔处燃油流量相等（考虑 到误差因素，可把Φ值放宽至1附近）。此时，测量该截面处油束的流量即可得到喷油孔处 的流量。只有在液相流体区才能使油束某截面处的爭值等于1，此时，喷油孔与该截面之间 的油束处于液相区，喷油孔处的流量，无论平均流量还是瞬时流量均等于该截面处的对应 流量。而在φ< 1的非液相流体区内，油束任意截面处的平均流量与喷油孔处的平均流量 仍呈比例，但两者的瞬时流量不再有一一对应关系。
[0019] 理论上，整个液相区的φ值都等于1，传感器置于其间任意位置均可，但距离喷油 孔越近，燃油喷射过于密集，速度也较大，飞溅和相互间碰撞干扰的现象非常明显，会导致 传感器输出的信号剧烈震荡，测量结果偏离准确值，因此需要选定传感器输出波形最为稳 定的液相区位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的测量系统构成图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0022] 如图1为本发明的一种测量系统。包括：一个通过低压油路D的燃油加压以提供 高压燃油的高压油泵1，一个与高压油泵1连接用以存储高压油泵泵出燃油并使油压稳定 的蓄压器2 ;-个连接在蓄压器2的输出油路中用以将蓄压器2内的高压燃油喷射至下游 的喷油器5 ;-个用于承接喷油器5所喷油束并测量油束冲力的压电传感器6 (如石英压电 传感器），压电传感器6产生的信号通过放大器8、被放大后的信号进入一个数据采集装置 7中；一个位于喷油器5上以测量喷油持续期的计量装置4,该计量装置4连接在数据采集 装置7 ;-个用于调节压电传感器6与喷油孔距离的调距装置9,调距装置9与压电传感器 6连接。一个终端装置10,该终端装置连接数据采集装置7,采集、读取并分析处理信号，并 进行处理，可以进行图形输出。
[0023] 调距装置9可以安装在喷油器5上，也可以安装在压电传感器6上。做为一种实 施方式，如图1，调距装置9与压电传感器6传动连接，并保持与压电传感器6与喷油孔轴线 垂直，内置电机和变速机构，可使压电传感器6缓慢前后移动以细调距离。
[0024] 喷油孔与压电传感器具有一一对应的关系，可以同时设置多组喷油孔与压电传感 器，图1仅画出了一个喷油孔和一个压电传感器。压电传感器可以固定在测量板上，测量板 处于喷油孔与压电传感器之间，由测量板直接承受喷出的油雾，避免污染压电传感器，也便 于更换压电传感器。
[0025] 蓄压器2末端还安装有测量输入喷油器燃油压力的测压装置3,该测压装置3连接 数据采集装置7,压力值用于测量过程中的参考。
[0026] 测量方法：
[0027] 正式测量之前，首先要确定最佳的测量位置。可以由远到近地调节压电传感器与 喷油孔距离，也可以由近及远地进行调节。
[0028] 比如：首先将压电力传感器6置于喷油孔极近处，喷油压力、喷油脉宽、驱动电压 电流等保持不变，多次喷射燃油，比较传感器输出信号起止间隔时间与喷油持续期大小，并 操纵调距装置9调节传感器与喷油孔间的距离，直到两个时间基本相等，且终端10显示传 感器6的输出波形最平稳时为止，此时传感器所在位置即为最佳流量测量位置。
[0029] 测量开始，高压油泵1启动并泵出高油压的燃油进入蓄压器2中，蓄压器2稳定波 动的油压，保证喷油器5中的喷油压力恒定，喷油器5开始喷油，油束冲击压电力传感器6 受压面。喷油器5开始喷油起至喷油结束的过程中，测压装置3全程提供瞬时油压信号、测 量装置4提供喷油起始信号与喷油持续期信号、压电传感器6提供瞬时冲力的信号、冲击起 始信号及冲击持续期信号，这些信号经由数据采集装置7进入终端10中，结合初始参数，可 图形化输出喷油器5在对应油压及喷油持续期等条件下的喷油规律曲线。
[0030] 作为测量的前提条件，最佳观测位置的确定十分重要，直接关系到所测数据的精 确度。必须多次喷油，微调距离，直至时间数基本为1，同时传感器输出的波形最为平滑稳定 方可。另外，每改变一次喷油压力等初始条件，都要重新确定一次最佳观测位置。
[0031] 传感器受压面处的瞬时流量的推导。
[0032] 假设在某段很短时间间隔St内，冲击传感器表面的燃料质量为δπι，瞬时流量为 qv，燃油密度为Ρ，油束与传感器表面接触面积为S，油束前端速度为V，油束冲击传感器表 面的冲力为F t，碰撞类型（完全弹性碰撞、非完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞）由碰撞系数 k(k范围为1?2)决定。
[0033] 根据有关定理有：
[0034] Ft δ t = k δ mV
【权利要求】
1. 一种喷油规律测量系统，包括喷油器（5)、喷油器（5)上设置的喷油孔，与喷油孔对 应设置的压电传感器（6)，压电传感器连接测量装置，其特征在于，还设有用于记录所述喷 油器（5)喷油时间的计量模块（4)，计量模块（4)连接所述测量装置，用于调节所述喷油孔 与压电传感器距离的调距装置。
2. 根据权利要求1所述的一种喷油规律测量系统，其特征在于，还包括一个高压油泵， 高压油泵连接用以存储高压油泵泵出燃油并使油压稳定的蓄压器，蓄压器的输出油路连接 所述喷油器。
3. 根据权利要求1所述的一种喷油规律测量系统，其特征在于，所述调距装置为驱动 所述压电传感器运动的调距装置（9)。
4. 根据权利要求1所述的一种喷油规律测量系统，其特征在于，所述测量装置为计算 机终端（10)，计算机终端（10)通过采集装置（7)连接所述计量模块（4)和测压模块（8)， 所述压电传感器（6)通过所述测压模块（8)连接所述采集装置（7)。
5. 如权利要求1所述测量系统的喷油规律测量方法，其特征在于，步骤如下： 1) 测量之前：测量压电传感器输出信号的起止间隔时间h，以及输出信号波形；通过 计量模块记录喷油持续期大小T ; 2) 比较压电传感器输出信号起止间隔时间与喷油持续期大小，若两个时间不相等，则 驱动调距装置调节压电传感器与喷油孔间的距离，直到两个时间相等，且传感器输出波形 平稳； 3) 开始测量。
【文档编号】F02M65/00GK104295425SQ201410248080
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】杜慧勇, 刘建新, 李民, 王站成, 张紫微, 徐斌, 吴健 申请人:河南科技大学