一種噴油嘴壓力室壓力測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噴油嘴壓力室壓力測量方法，燃油系統(tǒng)試驗臺先向未安裝針閥的噴油嘴提供高壓燃油，噴油嘴從噴孔噴出高壓燃油；測量噴油嘴進口處的噴射壓力，和噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力；根據測得數據計算噴孔流量和對應于噴油嘴進口處的噴射壓力的噴油嘴噴孔流量系數。將噴油器的最高工作噴射壓力分成n段，多次測量獲得試驗噴油嘴噴孔流量和噴孔流量系數關系函數。然后測量安裝有針閥的噴油嘴噴射噴孔沖擊力推出噴孔流量；再利用所獲得噴油嘴噴孔流量和噴孔流量系數關系函數，推算出噴孔流量系數，并繼續(xù)計算出壓力室壓力。本發(fā)明測量中不需要改變噴油嘴壓力室結構，不影響噴油嘴中燃油流動，能反映噴油嘴工作時壓力室實際壓力值。
【專利說明】
一種噴油嘴壓力室壓力測量方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種內燃機噴油系統(tǒng)技術領域，特別是一種噴油嘴壓力室壓力測量方 法。
【背景技術】
[0002] 高壓噴射能提高燃油霧化以及燃油與空氣的混合質量，是提高柴油機動力性，減 少油耗，降低顆粒、碳煙有效途徑。因此隨著燃油系統(tǒng)的發(fā)展，其噴射壓力越來越高，以滿足 越來越嚴格的排放法規(guī)和提高發(fā)動機熱效率的需要。
[0003] 共軌燃油系統(tǒng)中的高壓燃油在共軌管中通過高壓油管和噴油器相連，此外一般在 共軌管和噴油器之間會裝有限流器，噴油器高壓油道入口裝有濾芯，且還要流經噴油器中 的高壓油道才會到達噴油嘴頭部壓力室。燃油流經到這些結構會發(fā)生了一定的壓力損失， 因此在噴油器噴油過程中，噴油器噴孔入口的實際噴油壓力（即噴油嘴壓力室壓力)會小于 共軌管中的燃油壓力。在共軌系統(tǒng)的設計開發(fā)中，提高噴油嘴壓力室中燃油壓力，才能有效 提高燃油系統(tǒng)噴射壓力。因此，測量噴油嘴壓力室的壓力對燃油系統(tǒng)開發(fā)有重要的意義。
[0004] 噴油嘴壓力室的尺寸往往很小，一般在1_以下，幾乎不能在噴油嘴頭部鉆孔安裝 壓力傳感器進行測量。且在壓力室鉆孔安裝傳感器將改變噴油嘴壓力室結構，影響噴油嘴 中燃油流動，改變噴油嘴的實際噴油過程，從而不能測量到實際的壓力室壓力。在噴油嘴盛 油槽或噴油嘴密封面上部安裝傳感器進行壓力測量，因為噴油時噴油嘴密封面會發(fā)生壓力 損失，因此這些測量值不能反映噴油嘴壓力室壓力。
【發(fā)明內容】
[0005] 為了解決上述的問題，本發(fā)明目的在于提供一種噴油嘴壓力室壓力測量方法，使 測量時的狀態(tài)與噴油嘴實際工作狀態(tài)一致，測量出噴油嘴壓力室中燃油噴射壓力。
[0006] 本發(fā)明為實現上述目的，采用如下技術方案：
[0007] 一種噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于，包含以下步驟：
[0008] (1)燃油系統(tǒng)試驗臺向未安裝針閥的噴油嘴提供高壓燃油，噴油嘴從噴孔噴出高 壓燃油;測量噴油嘴進口處的噴射壓力，和噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力;根據噴油嘴進口 處的噴射壓力、環(huán)境背壓、噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力、燃油密度和噴孔面積計算噴孔流 量和對應于噴油嘴進口處的噴射壓力的噴油嘴噴孔流量系數;噴油嘴進口處的噴射壓力與 未安裝針閥的噴油嘴壓力室壓力相同；
[0009] (2)改變噴射壓力，重復步驟(1)得到與多個噴射壓力相對應的多個噴孔流量和噴 孔流量系數，根據多個噴孔流量和噴孔流量系數獲得試驗噴油嘴多個壓力室壓力下噴孔流 量和噴孔流量系數關系函數；
[0010] (3)燃油系統(tǒng)試驗臺向安裝有針閥的噴油嘴提供高壓燃油，噴油嘴從噴孔噴出高 壓燃油;測量噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力;根據噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力、燃油密度 和噴孔面積計算噴孔流量；
[0011] (4)根據步驟(3)中得到的噴孔流量和步驟(2)中得到的噴孔流量和噴孔流量系數 關系函數，得到安裝有針閥的噴油嘴噴孔流量系數;根據安裝有針閥的噴油嘴噴孔流量系 數、步驟(3)中得到的噴孔流量、噴孔面積、燃油密度和環(huán)境背壓計算得到安裝有針閥的噴 油嘴壓力室壓力。
[0012] 其具體步驟為：
[0013] A.在燃油系統(tǒng)試驗臺上，噴油嘴通過高壓油管及共軌管與共軌栗相連，在噴油嘴 噴孔外安裝有力傳感器，用于測量噴油嘴各個噴孔中燃油的沖擊力，測量中噴油嘴不安裝 針閥，噴油過程開始、結束由油路中的電磁閥控制，電磁閥位于噴油嘴和共軌管之間的高壓 油路中，同時在噴油嘴和電磁閥之間的高壓油路中安裝有壓力傳感器；
[0014] B.啟動燃油系統(tǒng)試驗臺架，在系統(tǒng)中建立需要測量的噴射壓力，然后電磁閥打開， 同時位于噴油嘴前端的壓力傳感器測量噴油嘴入口噴油壓力，從噴孔噴出的燃油噴射到力 傳感器上，由力傳感器測量出油束的沖擊力；
[0015] C.在噴油嘴噴孔軸線方向，根據動量守恒原理，噴孔出口處燃油動量和壓力傳感 器處噴束動量相等：
[0016] m(t)v(t) =ηι(?+τ)ν(?+τ) (1)
[0017] 式中：m為質量流量、ν為速度、t為時間；τ為燃油由噴油嘴噴到力傳感器所經歷的 時間；
[0018] 根據沖量定理，力傳感器測量出的油束沖擊力等于噴束動量變化：
[0019] F(t+x) =πι(?+τ)ν(?+τ) (2)
[0020] 式中:F為力傳感器測量出的油束沖擊力；
[0021 ]根據質量守恒定律和動量定理可知：
[0022] m(t) =p(t)v(t)A (3)
[0023] M(t) =p(t)v(t)2A (4)
[0024] 式中:M為油束沖量，P燃油密度，A為噴孔面積；
[0025]根據上述式（1)~(4)可得噴孔流量為：
[0026]
(5)
[0027] 根據流動連續(xù)方程和(5)式得噴油嘴噴孔流量系數為：
[0028] (6 >
[0029] Δ p = psac-p〇 (7)
[0030] 式中：Δ p為壓力室和噴孔出口的壓力差，Psa。為壓力室壓力，PQ為環(huán)境背壓；
[0031]測量中步驟B中噴油嘴沒有安裝針閥，根據流體力學原理在穩(wěn)定噴射中，壓力傳感 器測量壓力等于壓力室壓力；
[0032] D.將噴油器的最高工作噴射壓力分成η段，重復步驟B、C測量不同噴射壓力下的噴 孔流量和噴孔流量系數，分析并處理B步驟中測得的數據，即通過η個噴射壓力相對應的η個 噴孔流量、噴孔流量系數獲得試驗噴油嘴η個壓力室壓力下噴孔流量和噴孔流量系數關系 函數；
[0033] Ε.將針閥裝入噴油嘴針閥體，噴油嘴裝入噴油器;在燃油系統(tǒng)試驗臺架上將噴油 器通過高壓油管及共軌管與共軌栗相連，在噴油嘴噴孔外安裝有力傳感器，噴油過程由噴 油器中的電磁閥控制；
[0034] F.啟動燃油系統(tǒng)試驗臺架，噴油器電磁閥打開，噴油器噴油，由力傳感器測量出油 束的沖擊力，并由（5)式推出噴孔流量；
[0035] G.根據式(5)(6)(7)可得壓力室壓力為：
[0036] (8)
[0037] 將步驟F中測量的噴孔流量對照步驟D獲得的試驗噴油嘴噴孔流量和噴孔流量系 數關系函數，獲得噴孔流量系數，并根據式(8)繼續(xù)推演出壓力室壓力。
[0038]其進一步特征在于:所述步驟B、D、F中，測量用燃油溫度控制在38°C~42°C。
[0039] 所述步驟B、D中，壓力傳感器測量值波動小于±1%。
[0040] 上述測量步驟次序可以調整為步驟(3)、（1)、（2)、（4)。
[0041 ] 上述具體測量步驟次序可以調整為步驟E、F、A、B、C、D、G。
[0042]本發(fā)明公開了一種噴油嘴壓力室壓力測量方法，首先在燃油系統(tǒng)試驗臺架上安裝 不帶針閥的噴油嘴針閥體，在噴油嘴噴孔外安裝有力傳感器，用于測量噴油嘴各個噴孔中 燃油的沖量，噴油過程開始、結束由高壓油管中的電磁閥控制；當燃油噴射穩(wěn)定后，由噴油 嘴入口前壓力傳感器測得燃油壓力，同時根據動量守恒原理、沖量定理及力傳感器測量值， 可計算出噴孔流量和噴孔流量系數。將噴油器的最高工作噴射壓力分成η段，多次測量獲得 試驗噴油嘴噴孔流量和噴孔流量系數關系函數。然后將針閥裝入噴油嘴針閥體，噴油嘴裝 入噴油器;將噴油器裝入燃油系統(tǒng)試驗臺架，測量沖擊力推出噴孔流量;在利用所獲得噴油 嘴噴孔流量和噴孔流量系數關系函數，推算出噴孔流量系數，并繼續(xù)計算出壓力室壓力;本 發(fā)明能夠測量噴油嘴壓力室中的壓力，且測量中不需要改變噴油嘴壓力室結構，不影響噴 油嘴中燃油流動，能反映噴油嘴工作時壓力室實際壓力值。
【附圖說明】
[0043]圖1顯示了本發(fā)明一種噴油嘴壓力室壓力測量方法裝置(噴油嘴不帶針閥時)示意 圖。
[0044]圖2顯示了本發(fā)明一種噴油嘴壓力室壓力測量方法裝置(噴油器)示意圖。
[0045] 圖中：1-試驗臺；2-共軌栗;3-高壓油管;4-共軌管;5-電磁閥;6-壓力傳感器;7-針 閥體;8-力傳感器;9-控制單元;10-針閥。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合附圖1、2對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0047] 一種噴油嘴壓力室壓力測量方法，其包含以下步驟：
[0048] A.如圖1所示在燃油系統(tǒng)試驗臺1上，噴油嘴通過夾具連接高壓油管，實現和共軌 管4、共軌栗2相連，在噴油嘴噴孔外安裝有力傳感器8,用于測量噴油嘴各個噴孔中燃油的 沖擊力；測量中噴油嘴不安裝針閥，噴油過程開始、結束由油路中的電磁閥5控制，電磁閥5 位于噴油嘴和共軌管4之間的高壓油管3中；同時在噴油嘴和電磁閥5之間的高壓油路中安 裝有壓力傳感器6;電磁閥5、力傳感器8、壓力傳感器6和控制單元9連接，實現控制單元9對 電磁閥5的控制和力傳感器8、壓力傳感器6數據的采集。
[0049] B.啟動燃油系統(tǒng)試驗臺架，在系統(tǒng)中建立需要測量的噴射壓力，然后電磁閥5打 開，同時位于噴油嘴前端的壓力傳感器6測量噴油嘴入口噴油壓力，從噴孔噴出的燃油噴射 到力傳感器8上，由力傳感器8測量出油束的沖擊力。
[0050] C.在噴油嘴噴孔軸線方向，根據動量守恒原理，噴孔出口處燃油動量和壓力傳感 器處噴束動量相等：
[0051] m(t)v(t) =ηι(?+τ)ν(?+τ) (1)
[0052] 式中:m、v、t分別為質量流量、速度和時間；τ為燃油由噴油嘴噴到力傳感器所經歷 的時間；
[0053]根據沖量定理，力傳感器8測量出的油束沖擊力等于噴束動量變化：
[0054] F(t+x) =πι(?+τ)ν(?+τ) (2)
[0055] 式中:F為力傳感器測量出的油束沖擊力；
[0056]根據質量守恒定律和動量定理可知：
[0057] m(t) =p(t)v(t)A (3)
[0058] M(t) =p(t)v(t)2A (4)
[0059] 式中:M為油束油束沖量，P燃油密度，A為噴孔面積；
[0060] 根據上述式（1)~(4)可得噴孔流量為：
[0061 ]
(5)
[0062] 根據流動連續(xù)方程和(5)式得，噴油嘴噴孔流量系數為：
[0063] (6)
[0064] Δ p = psac-p〇 (7)
[0065] 式中：Δ p為壓力室和噴孔出口的壓力差，Psa。為壓力室壓力，PQ為環(huán)境背壓；
[0066]測量中步驟B中噴油嘴沒有安裝針閥，根據流體力學原理在穩(wěn)定噴射中，壓力傳感 器測量壓力等于壓力室壓力。
[0067] D.將噴油器的最高工作噴射壓力分成η段，重復步驟B、C測量不同噴射壓力下的噴 孔流量和噴孔流量系數，分析并處理B步驟中測得的數據，即通過η個噴射壓力相對應的η個 噴孔流量、噴孔流量系數可獲得試驗噴油嘴η個壓力室壓力下噴孔流量和噴孔流量系數關 系函數。
[0068] Ε、如圖2所示，將噴油嘴從燃油系統(tǒng)試驗臺1上卸下，針閥10裝入噴油嘴針閥體，噴 油嘴裝入噴油器;在燃油系統(tǒng)試驗臺1上將噴油器通過高壓油管3及共軌管4與共軌栗2相 連，在噴油嘴噴孔外安裝有力傳感器8,高壓油路中不再需要安裝電磁閥，噴油過程由噴油 器中的電磁閥控制。
[0069] F、啟動燃油系統(tǒng)試驗臺1，噴油器電磁閥打開，噴油器噴油，由力傳感器8測量出油 束的沖擊力，并由（5)式推出噴孔流量。
[0070] G、將式(5) (7)帶入(6)可得壓力室壓力為：
[0071] (8)
[0072]將步驟F中測量的噴孔流量對照步驟D獲得的試驗噴油嘴噴孔流量和噴孔流量系 數關系函數，獲得噴孔流量系數，并根據式(8)繼續(xù)推演出壓力室壓力。
[0073] 所述步驟B、D、F中，測量用燃油溫度控制在38°C~42°C。
[0074] 所述步驟B、D中，壓力傳感器測量值波動小于± 1 %。
[0075] 所述測量步驟中也可以先進行步驟E、F測量裝配好的噴油器噴孔流量;然后再進 行步驟A、B、C、D獲得試驗噴油嘴η個壓力室壓力下噴孔流量和噴孔流量系數關系函數;最后 進行步驟G。
[0076]本發(fā)明能夠測量噴油嘴壓力室中的壓力，測量時的狀態(tài)與噴油嘴實際工作狀態(tài)一 致，不需要改變噴油嘴壓力室結構，不影響噴油嘴中燃油流動，能反映噴油嘴工作時壓力室 實際工作壓力值。
[0077]以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中 的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這 些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于，包含以下步驟： (1) 燃油系統(tǒng)試驗臺向未安裝針閥的噴油嘴提供高壓燃油，噴油嘴從噴孔噴出高壓燃 油;測量噴油嘴進口處的噴射壓力，和噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力;根據噴油嘴進口處的 噴射壓力、環(huán)境背壓、噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力、燃油密度和噴孔面積計算噴孔流量和 對應于噴油嘴進口處的噴射壓力的噴油嘴噴孔流量系數;噴油嘴進口處的噴射壓力與未安 裝針閥的噴油嘴壓力室壓力相同； (2) 改變噴射壓力，重復步驟(1)得到與多個噴射壓力相對應的多個噴孔流量和噴孔流 量系數，根據多個噴孔流量和噴孔流量系數獲得試驗噴油嘴多個壓力室壓力下噴孔流量和 噴孔流量系數關系函數； (3) 燃油系統(tǒng)試驗臺向安裝有針閥的噴油嘴提供高壓燃油，噴油嘴從噴孔噴出高壓燃 油;測量噴孔出口處油束沖擊力;根據噴油嘴噴孔出口處油束沖擊力、燃油密度和噴孔面積 計算噴孔流量； (4) 根據步驟(3)中得到的噴孔流量和步驟(2)中得到的噴孔流量和噴孔流量系數關系 函數，得到安裝有針閥的噴油嘴噴孔流量系數;根據安裝有針閥的噴油嘴噴孔流量系數、步 驟(3)中得到的噴孔流量、噴孔面積、燃油密度和環(huán)境背壓計算得到安裝有針閥的噴油嘴壓 力室壓力。2. 根據權利要求1所述的噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于，其具體步驟為： A. 在燃油系統(tǒng)試驗臺上，噴油嘴通過高壓油管及共軌管與共軌栗相連，在噴油嘴噴孔 外安裝有力傳感器，用于測量噴油嘴各個噴孔中燃油的沖擊力，測量中噴油嘴不安裝針閥， 噴油過程開始、結束由油路中的電磁閥控制，電磁閥位于噴油嘴和共軌管之間的高壓油路 中，同時在噴油嘴和電磁閥之間的高壓油路中安裝有壓力傳感器； B. 啟動燃油系統(tǒng)試驗臺架，在系統(tǒng)中建立需要測量的噴射壓力，然后電磁閥打開，同時 位于噴油嘴前端的壓力傳感器測量噴油嘴入口噴油壓力，從噴孔噴出的燃油噴射到力傳感 器上，由力傳感器測量出油束的沖擊力； C. 在噴油嘴噴孔軸線方向，根據動量守恒原理，噴孔出口處燃油動量和壓力傳感器處 噴束動量相等： m(t)v(t) =ηι(?+τ)ν(?+τ) (I) 式中:m為質量流量、v為速度、t為時間；τ為燃油由噴油嘴噴到力傳感器所經歷的時間； 根據沖量定理，力傳感器測量出的油束沖擊力等于噴束動量變化： F(t+x) =πι(?+τ)ν(?+τ) (2) 式中:F為力傳感器測量出的油束沖擊力； 根據質量守恒定律和動量定理可知： m(t) =p(t)v(t)A (3) M(t) =p(t)v(t)2A (4) 式中:M為油束沖量，P燃油密度，A為噴孔面積； 根據上述式(1)~(4)可得噴孔流量為： 根據流動連續(xù)方程和(5)式得噴油嘴噴孔流量系數為： (5) (6； Δ ρ - Psac-PO V I J式中：A ρ為壓力室和噴孔出口的壓力差，Psa。為壓力室壓力，PQ為環(huán)境背壓； 測量中步驟B中噴油嘴沒有安裝針閥，根據流體力學原理在穩(wěn)定噴射中，壓力傳感器測 量壓力等于壓力室壓力； D.將噴油器的最高工作噴射壓力分成η段，重復步驟B、C測量不同噴射壓力下的噴孔流 量和噴孔流量系數，分析并處理B步驟中測得的數據，即通過η個噴射壓力相對應的η個噴孔 流量、噴孔流量系數獲得試驗噴油嘴η個壓力室壓力下噴孔流量和噴孔流量系數關系函數； Ε.將針閥裝入噴油嘴針閥體，噴油嘴裝入噴油器;在燃油系統(tǒng)試驗臺架上將噴油器通 過高壓油管及共軌管與共軌栗相連，在噴油嘴噴孔外安裝有力傳感器，噴油過程由噴油器 中的電磁閥控制； F. 啟動燃油系統(tǒng)試驗臺架，噴油器電磁閥打開，噴油器噴油，由力傳感器測量出油束的 沖擊力，并由（5)式推出噴孔流量； G. 根據式(5)(6)(7)可得壓力室壓力為：18) 將步驟F中測量的噴孔流量對照步驟D獲得的試驗噴油嘴噴孔流量和噴孔流量系數關 系函數，獲得噴孔流量系數，并根據式(8)繼續(xù)推演出壓力室壓力。3. 根據權利要求2所述的噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于:所述步驟B、D、F中， 測量用燃油溫度控制在38°C~42°C。4. 根據權利要求2所述的噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于:所述步驟B、D中，壓 力傳感器測量值波動小于± 1 %。5. 根據權利要求1所述的噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于:所述測量步驟次序 調整為步驟(3)、（1)、（2)、（4)。6. 根據權利要求2-4任一項所述的噴油嘴壓力室壓力測量方法，其特征在于:所述測量 步驟次序調整為步驟E、F、A、B、C、D、G。
【文檔編號】F02M65/00GK105888910SQ201610333484
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】郭立新, 繆雪龍, 夏興蘭, 楊海濤, 周禛, 宋永平
【申請人】中國第汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所, 中國第一汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所, 中國第汽車股份有限公司, 中國第一汽車股份有限公司