一种模拟燃油喷雾湿壁的实验系统的制作方法

本发明属于发动机技术领域，主要用于模拟发动机喷雾湿壁过程，具体涉及一种模拟燃油喷雾湿壁的实验系统。

背景技术：

为实现发动机高效清洁的燃烧目标，以“低温燃烧”为核心的一批新型内燃机燃烧技术受到广泛关注，如均质压燃(HCCI)和预混压燃(PCCI)等。而早喷技术是实现发动机低温燃烧模式的一项关键技术，早喷技术一般是指在发动机在较早的喷油定时(-90°～-120°CA ATDC)将燃油喷入缸内，以延长油气混合时间，降低缸内燃烧温度，从而使燃烧更加充分，有害排放物降低。而在早喷过程中，由于此时发动机缸内温度及压力较低，燃油喷雾贯穿距增加，一部分燃油不可避免地会撞击到缸套表面的润滑油膜上，进而形成湿壁现象。

一方面，燃油撞壁后的反弹液滴可以实现二次雾化，有利于形成均质混合气；但另一方面，湿壁现象也会造成缸套表面润滑油膜的稀释与飞溅，近壁区域混合气过浓，油耗增加等问题，影响燃烧与排放。因此，有必要对燃油喷雾湿壁过程进行深入研究，揭示湿壁机理，为早喷技术的优化与改进提供相应参考。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种模拟燃油喷雾湿壁的实验系统。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种模拟燃油喷雾湿壁的实验系统，包括高压油泵、油箱、燃油加热系统、喷油器、定容弹、定容弹加热系统、真空泵、温度传感器、压力传感器、外接测试设备、控制系统、高压油轨；

所述的高压油泵与驱动电机连接，并且高压油泵与所述的油箱连接，油箱放入燃油加热系统中；

所述的定容弹的材质为不锈钢，定容弹顶部设置有所述的喷油器，定容弹通过喷油器与高压油泵相连，所述的喷油器的下部为喷孔，喷孔深入定容弹的内部腔室内；所述的定容弹的四个竖直的外壁上均设置有视窗，所述的视窗和定容弹的外壁之间设置有侧面端盖；所述的压力传感器、温度传感器的探头设置在定容弹内部，所述的温度传感器的控制面板设置在定容弹外壁上；所述的真空泵与定容弹内部相连，所述的氮气瓶与定容弹相连；所述的定容弹的内部的喷油器的下方设置有撞壁平板；

所述的定容弹加热系统包括电加热带和电加热源，所述的电加热带缠绕在定容弹外壁，所述的电加热源为加热电阻丝，设置在撞壁平板的下方；定容弹加热系统与温度传感器相连，由温度传感器控制定容弹加热系统对定容弹的加热；所述的微型风扇设置在电加热源的下方；

所述的定容弹内部的侧壁上设置有托盘机构，用于放置并定位撞壁平板平板；所述的托盘机构包括滑台、导轨、调速电机、托盘支杆、连接螺母和托盘，所述的导轨设置在定容弹内部的侧壁上，所述的滑台设置在导轨上，滑台上设置有所述的调速电机，调速电机与所述的控制系统相连，调速电机的输出端与所述的托盘支杆固定连接，托盘支杆通过所述的连接螺母与托盘相连；通过控制所述的调速电机实现滑台在导轨的上下移动，调整喷油器的喷孔与碰撞平板的距离；通过松动连接螺母，托盘以托盘支杆为轴线转动，托盘支杆底部设置有圆周刻度，可手动调节托盘角度；所述的托盘与撞壁平板嵌套连接；

所述的高压油轨设置在所述的喷油器和高压油泵之间的管路中，所述的高压油轨和控制系统相连，所述的外界测试设备与控制系统相连。

而且，所述的定容弹长230～240mm，宽230～240mm，高300～310mm；所述的视窗的材料为石英玻璃，视窗的直径为120～130mm。

而且，所述的侧面端盖和定容弹外壁之间设置有橡胶衬垫和装紧螺栓。

而且，所述的定容弹底部设置有泄压阀。

而且，所述的撞壁平板下部设置有凸起，所述的托盘设置有与撞壁平板的凸起相匹配的凹槽。

而且，所述的电加热带缠绕的圈数为1～10。

而且，所述的所述的喷油器和高压油泵之间的管路中、高压油轨的旁边设置有高压油轨压力控制器。

而且，所述的外接测试设备为高速摄像机(CCD)或者图像测速装置(PIV)中的一种；所述的高速摄像机(CCD)进行喷雾撞壁油束形貌的研究，图像测速装置(PIV)进行燃油撞壁过程粒径分布、反弹液滴运动规律的研究。

本发明的优势在于：

对于发动机早喷湿壁现象的研究，利用目前技术手段进行实际发动机缸内检测难度很大，且测量结果不全面，而本发明设计的燃油湿壁实验系统，可以较为准确地模拟实际缸内喷油撞壁过程，同时可以利用电子控制系统ECU控制多个变量条件，实现对燃油撞壁过程的全面细致研究，而搭配光学测量设备能够直观反映燃油湿壁过程中微观变量的变化规律，因此，此实验系统可以实现对发动机燃油湿壁机理的深入研究，且实验装置操作简便，其测量结果是对发动机早喷性能进行改进的重要参考。

附图说明

图1为燃油喷雾湿壁过程示意图，

图2为本发明的结构示意图，

图3为本发明的托盘机构连接示意图；

其中，1为高压油泵，2为驱动电机，3为油箱，4为燃油加热系统，5为喷油器，6为氮气瓶，7为微型风扇，8为定容弹，9为撞壁平板，10为电加热源，11为真空泵，12为温度传感器，13为压力传感器，14为外接测试设备，15为控制系统，16为高压油轨，17为滑台，18为导轨，19为调速电机，20为托盘支杆，21为连接螺母，22为托盘，23为电加热带，24为高压油轨压力控制器，25为视窗。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

本实施例中涉及的实验燃料为纯柴油及其掺混燃料，可掺混不同比例的汽油、醇类及生物柴油等燃料；

喷油系统：BOSCHCP1H型喷油泵，B015型高压共轨及316型单孔喷油器，喷油压力可达150MPa，BOSCH-728型燃油计量电磁阀；

温度控制系统为单回路智能温控系统。

部分电控元件如电加热源、真空泵、调速电机及微型风扇等均可直接购买后进行加工安装。

实施例1

如图2所示，一种模拟燃油喷雾湿壁的实验系统，包括高压油泵1、油箱3、燃油加热系统4、喷油器5、定容弹8、定容弹加热系统、真空泵11、温度传感器12、压力传感器13、外接测试设备14、控制系统15、高压油轨16；

所述的高压油泵与驱动电机2连接，并且高压油泵与所述的油箱连接，油箱放入燃油加热系统中；

所述的定容弹8的材质为不锈钢，定容弹顶部设置有所述的喷油器，定容弹通过喷油器与高压油泵相连，所述的喷油器的下部为喷孔，喷孔深入定容弹的内部腔室内；定容弹的四个竖直的外壁上均设置有视窗25，所述的视窗和定容弹弹体之间设置有侧面端盖；所述的压力传感器、温度传感器的探头设置在定容弹内部，所述的温度传感器的控制面板设置在定容弹外壁上；所述的真空泵与定容弹内部相连，所述的氮气瓶6与定容弹相连；所述的定容弹的内部的喷油器的下方设置有撞壁平板9；

所述的定容弹加热系统包括电加热带23和电加热源10，所述的电加热带缠绕在定容弹外壁，所述的电加热源为加热电阻丝，设置在撞壁平板的下方；定容弹加热系统与温度传感器相连，由温度传感器控制定容弹加热系统对定容弹的加热；所述的微型风扇7设置在电加热源的下方；

所述的定容弹内部的侧壁上设置有托盘机构，用于放置并定位撞壁平板平板；所述的托盘机构包括滑台17、导轨18、调速电机19、托盘支杆20、连接螺母21和托盘22，所述的导轨设置在定容弹内部的侧壁上，所述的滑台设置在导轨上，滑台上设置有所述的调速电机，调速电机与所述的控制系统相连，调速电机的输出端与所述的托盘支杆固定连接，托盘支杆通过所述的连接螺母与托盘相连；通过控制所述的调速电机实现滑台在导轨的上下移动，调整喷油器的喷孔与碰撞平板的距离；通过松动连接螺母，托盘以托盘支杆为轴线转动，托盘支杆底部设置有圆周刻度，可手动调节托盘角度；所述的托盘与撞壁平板嵌套连接。

所述的高压油轨设置在所述的喷油器和高压油泵之间的管路中，所述的高压油轨和控制系统相连，所述的外界测试设备与控制系统相连。

而且，所述的定容弹长230mm，宽230mm，高300mm；所述的视窗的材料为石英玻璃，视窗的直径为120mm。

而且，所述的侧面端盖和定容弹外壁之间设置有橡胶衬垫和装紧螺栓。

而且，所述的定容弹底部设置有泄压阀。

而且，所述的撞壁平板下部设置有凸起，所述的托盘设置有与撞壁平板的凸起相匹配的凹槽。

而且，所述的电加热带缠绕的圈数为1。

而且，所述的所述的喷油器和高压油泵之间的管路中、高压油轨的旁边设置有高压油轨压力控制器24。

而且，所述的外接测试设备为高速摄像机(CCD)，高速摄像机(CCD)进行喷雾撞壁油束形貌的研究。

实施例2

一种模拟燃油喷雾湿壁的实验系统，包括高压油泵、油箱、燃油加热系统、喷油器、定容弹、定容弹加热系统、真空泵、温度传感器、压力传感器、外接测试设备、控制系统、高压油轨；

所述的高压油泵与驱动电机连接，并且高压油泵与所述的油箱连接，油箱放入燃油加热系统中；

所述的定容弹的材质为不锈钢，定容弹顶部设置有所述的喷油器，定容弹通过喷油器与高压油泵相连，所述的喷油器的下部为喷孔，喷孔深入定容弹的内部腔室内；定容弹的四个竖直的外壁上均设置有视窗，所述的视窗和定容弹弹体之间设置有侧面端盖；所述的压力传感器、温度传感器的探头设置在定容弹内部，所述的温度传感器的控制面板设置在定容弹外壁上；所述的真空泵与定容弹内部相连，所述的氮气瓶与定容弹相连；所述的定容弹的内部的喷油器的下方设置有撞壁平板；

所述的定容弹加热系统包括电加热带和电加热源，所述的电加热带缠绕在定容弹外壁，所述的电加热源为加热电阻丝，设置在撞壁平板的下方；定容弹加热系统与温度传感器相连，由温度传感器控制定容弹加热系统对定容弹的加热；所述的微型风扇设置在电加热源的下方；

所述的定容弹内部的侧壁上设置有托盘机构，用于放置并定位撞壁平板平板；所述的托盘机构包括滑台、导轨、调速电机、托盘支杆、连接螺母和托盘，所述的导轨设置在定容弹内部的侧壁上，所述的滑台设置在导轨上，滑台上设置有所述的调速电机，调速电机与所述的控制系统相连，调速电机的输出端与所述的托盘支杆固定连接，托盘支杆通过所述的连接螺母与托盘相连；通过控制所述的调速电机实现滑台在导轨的上下移动，调整喷油器的喷孔与碰撞平板的距离；通过松动连接螺母，托盘以托盘支杆为轴线转动，托盘支杆底部设置有圆周刻度，可手动调节托盘角度；所述的托盘与撞壁平板嵌套连接。

所述的高压油轨设置在所述的喷油器和高压油泵之间的管路中，所述的高压油轨和控制系统相连，所述的外界测试设备与控制系统相连。

而且，所述的定容弹长235mm，宽235mm，高305mm；所述的视窗的材料为石英玻璃，视窗的直径为125mm。

而且，所述的侧面端盖和定容弹外壁之间设置有橡胶衬垫和装紧螺栓。

而且，所述的定容弹底部设置有泄压阀。

而且，所述的撞壁平板下部设置有凸起，所述的托盘设置有与撞壁平板的凸起相匹配的凹槽。

而且，所述的电加热带缠绕的圈数为2。

而且，所述的所述的喷油器和高压油泵之间的管路中、高压油轨的旁边设置有高压油轨压力控制器。

而且，所述的外接测试设备为图像测速装置(PIV)，图像测速装置(PIV)进行燃油撞壁过程粒径分布、反弹液滴运动规律的研究。

本发明的工作过程如下：

首先通过松动连接螺母，手动调节托盘角度，然后氮气通过减压阀后进入定容弹内，营造所需的环境压力；安装于容弹外部的电加热带根据设定的温度对定容弹进行加热，达到所需环境温度；另外，在需要的情况下通过调节与撞壁平板连接的电加热源可以控制撞壁平板的温度，控制燃油加热系统可以控制燃油温度等；启动微型风扇，产生模拟发动机缸内运动气流；高压油泵的驱动电机根据实际设定值，达到指定转速；之后高压油轨系统在电子元件及喷油控制系统的控制下，达到指定的喷油压力，喷油器的针阀开启，按照设定的喷油脉宽进行喷油；导轨设置在定容弹内部的侧壁上，滑台设置在导轨上，滑台上设置有调速电机，调速电机与控制系统相连，调速电机的输出端与托盘支杆固定连接，托盘支杆通过连接螺母与托盘相连，通过控制所述的调速电机实现滑台在导轨的上下移动，调整喷油器的喷孔与碰撞平板的距离，通过外接的测试设备可以对喷雾撞击平板的过程进行全面直观测量；实验结束后，打开定容弹底座泄压阀并启动与阀门连接的真空泵进行泄压。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。