可视化小孔淹没射流冲击力测试装置及测试方法
【专利摘要】可视化小孔淹没射流冲击力测试装置及测试方法属于柴油机领域，用于模拟测试共轨喷油器控制室进油节流孔射流冲击力大小及控制腔内空化现象和流场变化，包括阀芯、阀座、挡板、压盖、弹簧座和压力弹簧，改变入口压力，燃油在控制腔内产生淹没射流，挡板在射流冲击力和压力弹簧作用力下移动，位移传感器实时监测挡板滑动位移，之后用摄影机对射流过程进行拍摄。本发明可以模拟共轨喷油器进油节流孔的射流过程，由牛顿第二定律可得出入口压力与冲击力大小的关系曲线，并且能够观测到控制腔内燃油空化和流场随入口压力的变化。
【专利说明】
可视化小孔淹没射流冲击力测试装置及测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种可视化小孔淹没射流冲击力测试装置及测试方法，属于柴油机技术领域。
【背景技术】
[0002]典型的高压共轨喷油器由控制油路、电磁阀、针阀、由压力室和喷孔等组成。控制油路是由进油孔、控制室、出油孔以及控制阀通过短管连接而成。控制油路是一个高压变截面管网系统，易产生空化，空化改变控制油路内燃油流动结构和流动速度，并使局部达到阻塞流动状态，控制室内燃油对针阀运动作用过程是控制油路液力过程的关键环节，来自节流孔的射流对控制室内局部流场会产生显著影响，控制室内产生的动压效应、复杂流场在针阀端形成不均匀压力场以及针阀运动对控制室几何结构的动态改变，都将直接影响喷油速率、喷油持续期、最小喷油量的精确度。研究控制室内复杂流场分布规律、非均匀压力场的特征以及控制油路内燃油流动和针阀运动的耦合关系，能揭示最小喷油量的控制机理。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种可视化小孔淹没射流冲击力测试装置及测试方法，能够测试出小孔淹没射流冲击力的大小。目的是为了了解柴油机共轨喷油器中控制室内进油节流孔射流冲击力对控制室内流场变化以及对针阀杆受力的影响，为共轨喷油器的优化设计提供依据。
[0004]可视化小孔淹没射流冲击力测试装置，其特征在于:包括阀芯(I)，阀座(2)，环形油槽(3)，回油孔(4)，挡板(5)，压盖(6)，弹簧座(7)，压缩弹簧(8)，泄油孔(9)，进油节流孔
(10)，压力传感器安装孔(U)。所述挡板(5)与弹簧座(7)之间设有压缩弹簧(8);所述压盖
(6)上开有圆形观测窗口用于监测挡板(5)的位移变化，以及用作可视化窗口，压盖(6)与阀座(2)螺栓紧固；所述阀芯(I)上设有回油孔(4)和环形油槽(3);所述阀芯(I)上的进油节流孔(10)的长度和直径与真实喷油器相同或等比例放大;所述压盖(6)上开有泄油孔(9)，所述压盖(6)上开有压力传感器安装孔(11)，；所述压力弹簧(8)用有机硅胶与挡板(2)和弹簧座(7)粘死。
[0005]1.可视化小孔淹没射流冲击力测试装置，其特征在于:包括阀芯(I)，阀座(2)，环形油槽(3)，回油孔(4)，挡板(5)，压盖(6)，弹簧座(7)，压缩弹簧(8)，泄油孔(9)，进油节流孔(10)，压力传感器安装孔(11);所述挡板(5)与弹簧座(7)之间设有压缩弹簧(8);所述压盖(6)上开有圆形观测窗口用于监测挡板(5)的位移变化，以及用作可视化窗口，压盖(6)与阀座(2)螺栓紧固；所述阀芯(I)上设有回油孔(4)和环形油槽(3);所述阀芯(I)上的进油节流孔(10)的长度和直径与真实喷油器相同或等比例放大;所述压盖(6)上开有泄油孔(9)，所述压盖(6)上开有压力传感器安装孔(11);所述压力弹簧(8)用有机硅胶与挡板(2)和弹簧座(7)粘死。
[0006]搭建一套系统，系统包括电机，油栗，滤清器，高压油管，蓄能器，调压阀，位移传感器，摄影机，压力传感器，计算机，电控单元，数据采集系统，油箱；电控单元连接油栗和数据采集系统，油栗、滤清器以及油箱通过油管连接，油栗通过油轨连接到蓄能器，蓄能器连接到阀芯(I)上；调压阀调节出口压力，进口压力传感器测量入口压力，出口压力传感器测量出口压力，挡板后空腔内有压力传感器测量控制腔内压力;数据采集系统实时采集压力传感器以及位移传感器的信号并传输到计算机中进行处理;摄影机拍摄腔内燃油流场变化；
[0007]调节油栗转速，增加油栗栗油量，蓄能器稳定油路压力，射流发生时，挡板在射流冲击力和弹簧力作用下产生位置偏移，挡板上做涂层标记点以用于位移传感器监测挡板运动变化，由牛顿第二定律得出入口压力与冲击力大小关系曲线;撤去位移传感器，摄影机观测控制腔内燃油空化和流场随入口压力改变的变化。
[0008]具体的:先确定挡板的质量m;弹簧刚度k;挡板的受力面积s;根据测量结果通过位移曲线拟合加速度，用如下公式计算得到小孔射流冲击力的大小:
[0009]F-k.χ-Ρ.s=ma
[0010]其中F为冲击力大小，单位为N；挡板滑动位移为X，单位为m;挡板弹簧侧压强为P，单位为Pa。
[0011]本发明的试验系统包括驱动电机，油栗，滤清器，高压油管，蓄能器，冲击力测试装置，位移传感器，摄影机，调压阀，压力传感器，计算机，电子控制系统，数据采集系统，油箱;调节电机转速控制油栗供油量，冲击力测试装置进油口端连接有稳压罐稳定油压；回油管连接阀座上的出油孔、压盖上的泄油孔和油箱上的回油口。
[0012]所述测试观测方法为调节电机转速，增加油栗栗油量，稳压罐稳定油路压力。射流发生时，挡板在射流冲击力和弹簧力作用下产生位置偏移，挡板上做涂层标记点以用于位移传感器监测挡板运动变化，由牛顿第二定律可以得出入口压力与冲击力大小关系曲线。撤去位移传感器，摄影机观测控制腔内燃油空化现象和流场变化。
[0013]所述冲击力测试装置包括阀芯，阀座，环形油槽，回油孔，挡板，压盖，弹簧座，压缩弹簧，泄油孔，压力传感器安装孔;所述压盖与阀座螺栓紧固，压盖中心有圆形观测窗口，压盖上安装位移传感器，监测挡板弹簧侧腔内压力变化。
[0014]所述挡板为有机玻璃制成，与压缩弹簧用胶粘死，其上有涂层标记点，用于检测挡板位移;弹簧自然伸缩时，挡板越过阀芯与后盖结合面，避免因机械加工过程中的对中性而引起挡板的运动卡死。
[0015]所述弹簧座为有机玻璃制成，与压盖过渡配合，使弹簧座卡在压盖上。
[0016]所述阀芯进油节流孔长度和直径与真实喷油器相同或等比例放大。
[0017]所述压盖上设有泄油孔，可以减小挡板运动方向油压形成的阻力。
[0018]发明具有以下特点:1、阀芯进油节流孔长度和直径与真实喷油器相同或等比例放大，可以测试或模拟测试真实喷油器控制室内节流孔淹没射流。2、用位移法可以准确地计算射流冲击力的大小。3、摄影机拍摄，可以观测到控制腔内射流产生的空化与流场变化。
【附图说明】
[0019]图1是发明方法的系统试验原理图；
[0020]图2是本发明方法应用装置(冲击力测试装置)的结构示意图；
[0021 ]图3是本发明进油节流孔结构示意图；
[0022]图4是本发明压盖的结构示意图；
[0023]图5是局部剖视图。
[0024]标号说明:1-阀芯，2-阀座，3-环形油槽，4-回油孔，5-挡板，6_压盖，7_弹簧座，8_压力弹簧，9-泄油孔，10-进油节流孔，11-压力传感器安装孔。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，可视化小孔淹没射流冲击力测试方法，包括驱动电机，油栗，滤清器，高压油管，蓄能器，冲击力测试装置，位移传感器，摄影机，调压阀，压力传感器，计算机，电子控制系统，数据采集系统，油箱。
[0026]如图2所示，可视化小孔淹没射流冲击力测试装置，包括阀芯(I)，阀座(2)，环形油槽(3)，回油孔(4)，挡板(5)，压盖(6)，弹簧座(7)，压力弹簧(8)，泄油孔(9)，进油节流孔
(10)，压力传感器安装孔(11)。
[0027]所述挡板(5)为有机玻璃制成，可在阀腔内移动，弹簧自然伸缩时，挡板越过阀芯与后盖结合面，避免因机械加工过程中的对中性而引起挡板的运动卡死;所述弹簧座(7)为有机玻璃制成，压缩弹簧与挡板(5)和弹簧座(7)用胶粘死。
[0028]挡板(5)、弹簧座(7)和压力弹簧(8)安装于阀芯(I)与压盖(6)形成的控制腔内部，弹簧座(7)与压盖(6)过渡配合。
[0029]压盖(6)与阀座(2)螺栓紧固，压盖(6)中心有圆形观测窗口，阀体外部放置位移传感器，可用于监测挡板的运动变化过程，撤去位移传感器可用摄影机观测控制腔内部小孔射流的空化和流场随入口压力改变的变化。
[0030]先确定挡板的质量m;弹簧刚度k;挡板的受力面积s;根据测量结果通过位移曲线拟合加速度，用如下公式计算得到小孔射流冲击力的大小:
[0031]F-k.χ-Ρ.s=ma
[0032]其中F为冲击力大小，单位为N;挡板滑动位移为X，单位为m;挡板弹簧侧压强为P，单位为Pa。
[0033]试验初始，射流发生时，挡板在射流冲击力和弹簧力作用下产生位置偏移，挡板上做涂层标记点以用于位移传感器监测挡板运动变化，由牛顿第二定律可以得出出入口压力与冲击力大小关系曲线。撤去位移传感器，摄影机观测控制腔内燃油空化现象和流场随入口压力改变的变化。
【主权项】
1.可视化小孔淹没射流冲击力测试装置，其特征在于:包括阀芯(I)，阀座(2)，环形油槽(3)，回油孔(4)，挡板(5)，压盖(6)，弹簧座(7)，压缩弹簧(8)，泄油孔(9)，进油节流孔(10)，压力传感器安装孔(11);所述挡板(5)与弹簧座(7)之间设有压缩弹簧(8);所述压盖(6)上开有圆形观测窗口用于监测挡板(5)的位移变化，以及用作可视化窗口，压盖(6)与阀座(2)螺栓紧固；所述阀芯(I)上设有回油孔(4)和环形油槽(3);所述阀芯(I)上的进油节流孔(10)的长度和直径与真实喷油器相同或等比例放大;所述压盖(6)上开有泄油孔(9)，所述压盖(6)上开有压力传感器安装孔(11);所述压力弹簧(8)用有机硅胶与挡板(2)和弹簧座(7)粘死。2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于:搭建一套系统，系统包括电机，油栗，滤清器，高压油管，蓄能器，调压阀，位移传感器，摄影机，压力传感器，计算机，电控单元，数据采集系统，油箱；电控单元连接油栗和数据采集系统，油栗、滤清器以及油箱通过油管连接，油栗通过油轨连接到蓄能器，蓄能器连接到阀芯(I)上;调压阀调节出口压力，进口压力传感器测量入口压力，出口压力传感器测量出口压力，挡板后空腔内有压力传感器测量控制腔内压力;数据采集系统实时采集压力传感器以及位移传感器的信号并传输到计算机中进行处理;摄影机拍摄腔内燃油流场变化； 调节油栗转速，增加油栗栗油量，蓄能器稳定油路压力，射流发生时，挡板在射流冲击力和弹簧力作用下产生位置偏移，挡板上做涂层标记点以用于位移传感器监测挡板运动变化，由牛顿第二定律得出入口压力与冲击力大小关系曲线;撤去位移传感器，摄影机观测控制腔内燃油空化和流场随入口压力改变的变化。3.如权利要求2所述的法，其特征在于:先确定挡板的质量m;弹簧刚度k;挡板的受力面积s;根据测量结果通过位移曲线拟合加速度，用如下公式计算得到小孔射流冲击力的大小: F-k.χ-Ρ.s=ma 其中F为冲击力大小，单位为N ；挡板滑动位移为X，单位为m ；挡板弹簧侧压强为P，单位为Pa。
【文档编号】F02M65/00GK106014741SQ201610476146
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】雷艳, 王艳, 仇滔, 高壮
【申请人】北京工业大学