大功率高压共轨系统综合试验台及高压油泵试验方法与流程

本发明涉及柴油机测试领域，具体地，涉及一种大功率高压共轨系统综合试验台及高压油泵试验方法。

背景技术：

在大功率柴油机中，燃油系统一般分为机械式、高压共轨型式。高压共轨技术是第三代x船柴油机主要技术特征之一。共轨技术由高压油泵将高压燃油输送到轨管中，通过对轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此减少传统柴油机的缺陷。ecu电子管理系统控制喷油器电磁阀开启时间的长短从而实现油量的精确控制。高压共轨系统具有喷射压力高、喷射正时柔性控制等特点，可在全工况范围内优化柴油机油耗、振动及噪声、全工况平均油耗可降低5％以上。

专利文献cn104847557a公开了一种高压共轨系统柴油喷雾特性检测试验装置，能用于模拟单孔喷油器或多孔喷油器柴油喷雾特性检测；能测量喷雾贯穿距离和喷雾锥角的同时，可以测量多孔喷油器喷雾形状；能测量喷油器额定喷油次数的总喷油质量，便于比较不同喷射压力和不同背压(高压气室压力)状态下的喷油量变化；能实现在背压，喷射压力改变状态下喷雾特性的检测。

目前在高压共轨系统测试台方面，普遍采用单只喷油器或者半边系统的系统测试台设计方案，进行电控共轨系统的性能试验及可靠性试验，无法实现全系统级的平台试验研究。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大功率高压共轨系统综合试验台及高压油泵试验方法。

根据本发明提供的一种大功率高压共轨系统综合试验台，包括：

基础台架系统：提供待试验高压油泵的驱动及安装平台；

燃油供给系统：通过所述基础台架系统连接待试验高压油泵，提供待试验高压油泵所需的预定压力、温度的燃油；

滑油供给系统：通过所述基础台架系统连接待试验高压油泵，提供待试验高压油泵所需的预定压力、温度的润滑油；

测控系统：连接所述基础台架系统、所述燃油供给系统以及所述滑油供给系统，进行压力、温度、流量的监控测量及控制；

辅助系统：连接所述基础台架系统、所述燃油供给系统以及所述滑油供给系统，对所述基础台架系统、所述燃油供给系统以及所述滑油供给系统进行冷却；

待试验高压油泵的输出端通过高压油管连接高压共轨管，所述高压共轨管通过高压油管连接喷油器，所述测控系统连接所述喷油器，控制所述喷油器喷油，喷出的燃油经过所述辅助系统以及所述测控系统后进入燃油中转油箱后回到所述燃油供给系统，喷油器内的滑油经过所述辅助系统以及所述测控系统后进入滑油中转油箱后回到所述滑油供给系统。

优选地，所述基础台架系统包括：台架、伺服电机、伺服控制器及齿轮箱；

所述伺服控制器与所述伺服电机电连接，共同固定于所述台架上，所述伺服电机的输出端通过所述齿轮箱连接待试验高压油泵。

优选地，所述燃油供给系统包括：油箱、冷却油泵和供油油泵；

所述油箱内设置有加热棒；

所述冷却油泵的输入端通过过滤器以及所述测控系统的流量计、温度计连接所述燃油中转油箱，所述冷却油泵的输出端连接所述油箱；

所述供油油泵的输入端连接所述油箱，所述供油油泵的输出端通过所述基础台架系统连接待试验高压油泵。

优选地，所述燃油供给系统还包括：

油箱清洗孔，开设于所述油箱上，通过可拆卸连接的盖板密封；

油盘，设置于所述油箱的底部，收集所述油箱泄漏的燃油，所述油盘内设置有泄漏检测传感器；

所述油箱内设置有液位传感器、温度传感器。

优选地，所述滑油供给系统包括：油箱、冷却油泵和供油油泵；

所述油箱内设置有加热棒；

所述冷却油泵的输入端通过所述测控系统的流量计、温度计连接所述滑油中转油箱，所述冷却油泵的输出端连接所述油箱；

所述供油油泵的输入端连接所述油箱，所述供油油泵的输出端通过所述基础台架系统连接待试验高压油泵。

优选地，所述滑油供给系统还包括：

油箱清洗孔，开设于所述油箱上，通过可拆卸连接的盖板密封；

油盘，设置于所述油箱的底部，收集所述油箱泄漏的滑油，所述油盘内设置有泄漏检测传感器；

所述油箱内设置有液位传感器、温度传感器。

优选地，所述测控系统采用容积式流量计，通过plc进行数据采集并发送至上位机，实现对试验台的压力、温度、流量的监控测量及控制。

优选地，所述辅助系统包括：冷冻机组、空压机和换热器；

所述冷冻机组输出的冷冻水通过管路进入所述换热器，对换热器内的燃油、滑油进行热交换，所述空压机输出的压缩空气通过管路、过滤器进入所述基础台架系统的齿轮箱主轴处，通过空气压力形成气封，防止滑油渗入主轴。

优选地，还包括：安保防护系统；

所述安保防护系统连接所述基础台架系统、所述燃油供给系统以及所述滑油供给系统，对预设的安保参数进行监控，在预设的安保参数超过预设范围时进行报警和停机。

根据本发明提供的一种高压油泵试验方法，采用上述的大功率高压共轨系统综合试验台对高压油泵进行试验。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、采用模块化设计，有利于设备的可维护性和可靠性；并且采用集总分布式控制系统，加强设备控制的灵活性。通过此试验台设计，可实现全系统限压阀安保功能验证、高压共轨系统多缸一致性修正验证试验、系统供油冗余性能指标验证等相关性能试验，同时可高效完成系统可靠性指标验证试验。

2、结构简单、易于装配，布置紧凑，成本较低，可用于高压共轨系统平台耐久试验。

3、由于压力波动传递的实时性，该装置不仅可在平台条件下实现实时的、单次的故障检测，而且较传统电信号监测等方法，可对喷射正式、针阀启闭过程、循环喷油量和喷油持续期等更为典型故障，更全面的技术指标进行详细监测分析。

4、该试验台在国内属首创，技术水平达到国内领先、国际先进水平，为我国在研的重大科研项目提供了十分必要的试验载体，该试验台已开展各类重大性能及可靠性试验5000余小时，充分验证了本发明的技术成熟度，有力保障了大功率船用柴油机电控高压共轨自主化研制的进度，从而支撑新一代大功率中高速柴油机自主研制，对推动新一代柴油机动力装备自主化具有十分重要的意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的系统框架图；

图2为燃油供给系统的结构示意图；

图3为滑油供给系统的结构示意图；

图4为辅助系统的结构示意图；

图5为本发明简化的油路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供的一种大功率高压共轨系统综合试验台，包括：基础台架系统、燃油供给系统、滑油供给系统、测控系统、辅助系统和安保防护系统。待试验高压油泵的输出端通过高压油管连接高压共轨管，所述高压共轨管通过高压油管连接喷油器，所述测控系统连接所述喷油器，控制所述喷油器喷油，喷出的燃油经过所述辅助系统以及所述测控系统后进入燃油中转油箱后回到所述燃油供给系统，喷油器内的滑油经过所述辅助系统以及所述测控系统后进入滑油中转油箱后回到所述滑油供给系统。

基础台架系统用于提供待试验高压油泵的驱动及安装平台，包括：台架、伺服电机、伺服控制器及齿轮箱。伺服控制器与伺服电机电连接，共同固定于台架上，伺服电机的输出端通过齿轮箱连接待试验高压油泵。台架通过三维模型加工制造全系统安装支架，用以实现共轨系统的安装固定。

燃油供给系统通过基础台架系统连接待试验高压油泵，提供待试验高压油泵所需的预定压力、温度的燃油。如图2所示，燃油供给系统包括：油箱11、冷却油泵12和供油油泵13。油箱11内设置有加热棒14，用于加热油箱11内的燃油至所需的温度。冷却油泵12的输入端通过过滤器以及测控系统的流量计、温度计连接燃油中转油箱，冷却油泵12的输出端连接油箱11。供油油泵13的输入端连接油箱11，供油油泵13的输出端经过过滤器15过滤后，通过基础台架系统连接待试验高压油泵。油箱11上开设有油箱清洗孔16，通过可拆卸连接的盖板密封17。油盘18设置于油箱11的底部，收集油箱泄漏的燃油，油盘内设置有泄漏检测传感器19，泄漏检测传感器19连接测控系统。油箱内设置有液位传感器110、温度传感器111，油箱上设置有电气控制箱112，用于控制冷却油泵12、供油油泵13和加热棒14。

滑油供给系统通过基础台架系统连接待试验高压油泵，提供待试验高压油泵所需的预定压力、温度的润滑油。如图3所示，滑油供给系统包括：油箱21、冷却油泵22和供油油泵23。油箱21内设置有加热棒24，用于加热油箱内的润滑油至所需的温度。冷却油泵22的输入端通过测控系统的流量计、温度计连接滑油中转油箱，冷却油泵22的输出端连接油箱21。供油油泵23的输入端连接油箱21，供油油泵23的输出端通过基础台架系统连接待试验高压油泵。油箱21上开设有油箱清洗孔25，通过类似图2的可拆卸的盖板密封。油箱21的底部设置有油盘26，收集油箱泄漏的润滑油，油盘26内设置有泄漏检测传感器27，泄漏检测传感器27连接测控系统。油箱上设置有电气控制箱28，用于控制冷却油泵22、供油油泵23和加热棒24。油箱21内同样设置有液位传感器、温度传感器，可参考图2所示，在图3中未示出。

测控系统连接基础台架系统、燃油供给系统以及滑油供给系统，进行压力、温度、流量的监控测量及控制。测控系统可实现整套系统的电气测量和控制，同时实现系统关键参数的专项测试功能。主要由siemens-s7-300plc、研华工控机、ni采集系统、labview软件和电气线路控制组成。燃油经过高精度的容积式流量计，形成脉冲信号，由ni高精度采集系统实现信号的抓取，工控机通过软件系统进行数据处理计算，实现测量功能。siemens-s7-300plc进行数据采集及控制，将数据发送至上位机，通过labview软件编程实现上位机的控制，进而实现整个试验台位的控制、启动和监控等功能。

安保防护系统可实现整个系统安全防护功能，系统检测测试过程中的安全要素，发现有风险信息触发急停，以保证人员设备安全，主要由独立安保plc、软件防护构成。独立安保plc可实现试验台关键安保参数的测量记录，对涉及安全的专项安保参数进行实时监控。一旦超过设置的停机值或报警值，plc会发出停车指令，可第一时间触发试验台的急停动作，电机停止转动，切断动力源，从而保证试验设备的运行安全。

如图4所示，辅助系统连接基础台架系统、燃油供给系统以及滑油供给系统，对基础台架系统、燃油供给系统以及滑油供给系统进行冷却。辅助系统包括：冷冻机组、空压机和换热器。冷冻机组输出的冷冻水通过管路进入换热器，对换热器内的燃油、滑油进行热交换，空压机输出的压缩空气通过管路、过滤器进入基础台架系统的齿轮箱主轴处，通过空气压力形成气封，防止滑油渗入主轴。

如图5所示，给基础台架系统、燃油供给系统、滑油供给系统、测控系统和辅助系统发出工作指令后，基础台架系统启动变频电机通过联轴节、齿轮箱带动高压油泵转动；燃油模块、滑油模块接收工作指令后供给高压油泵所需的燃油及滑油，高压油泵的转动柱塞压缩燃油至160mpa，通过高压油管输送至高压共轨管中，再通过高压油管与喷油器连接，控制系统精确控制喷油器喷油，实现高压共轨系统的正常运行工作，喷射出的燃油由消雾罐收集后，流入板式换热器进行冷却，经滤器过滤后，送至流量计测量喷射油量，最后通过燃油泵返回主油箱，从而实现了完整的循环过程。在此过程中辅助系统通过板换实现设备的冷却，保证设备正常运行温度。燃油系统提供高压油泵所需的一定温度及压力的燃油，滑油系统提供油泵所需的一定温度及压力的润滑油，基础台架系统提供总体的驱动及安装平台，测控系统通过plc实现试验台自身的压力、温度、流量的监控测量及控制。安保防护系统通过独立的plc实现关键安保参数的响应，保障试验台的安全。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。