可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置及測試方法
【專利摘要】可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置及測試方法屬于柴油機(jī)領(lǐng)域，用于模擬測試共軌噴油器控制室進(jìn)油節(jié)流孔射流沖擊力大小及控制腔內(nèi)空化現(xiàn)象和流場變化，包括閥芯、閥座、擋板、壓蓋、彈簧座和壓力彈簧，改變?nèi)肟趬毫?，燃油在控制腔?nèi)產(chǎn)生淹沒射流，擋板在射流沖擊力和壓力彈簧作用力下移動，位移傳感器實時監(jiān)測擋板滑動位移，之后用攝影機(jī)對射流過程進(jìn)行拍攝。本發(fā)明可以模擬共軌噴油器進(jìn)油節(jié)流孔的射流過程，由牛頓第二定律可得出入口壓力與沖擊力大小的關(guān)系曲線，并且能夠觀測到控制腔內(nèi)燃油空化和流場隨入口壓力的變化。
【專利說明】
可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置及測試方法，屬于柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的高壓共軌噴油器由控制油路、電磁閥、針閥、由壓力室和噴孔等組成?？刂朴吐肥怯蛇M(jìn)油孔、控制室、出油孔以及控制閥通過短管連接而成。控制油路是一個高壓變截面管網(wǎng)系統(tǒng)，易產(chǎn)生空化，空化改變控制油路內(nèi)燃油流動結(jié)構(gòu)和流動速度，并使局部達(dá)到阻塞流動狀態(tài)，控制室內(nèi)燃油對針閥運(yùn)動作用過程是控制油路液力過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，來自節(jié)流孔的射流對控制室內(nèi)局部流場會產(chǎn)生顯著影響，控制室內(nèi)產(chǎn)生的動壓效應(yīng)、復(fù)雜流場在針閥端形成不均勻壓力場以及針閥運(yùn)動對控制室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的動態(tài)改變，都將直接影響噴油速率、噴油持續(xù)期、最小噴油量的精確度。研究控制室內(nèi)復(fù)雜流場分布規(guī)律、非均勻壓力場的特征以及控制油路內(nèi)燃油流動和針閥運(yùn)動的耦合關(guān)系，能揭示最小噴油量的控制機(jī)理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置及測試方法，能夠測試出小孔淹沒射流沖擊力的大小。目的是為了了解柴油機(jī)共軌噴油器中控制室內(nèi)進(jìn)油節(jié)流孔射流沖擊力對控制室內(nèi)流場變化以及對針閥桿受力的影響，為共軌噴油器的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
[0004]可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置，其特征在于:包括閥芯(I)，閥座(2)，環(huán)形油槽(3)，回油孔(4)，擋板(5)，壓蓋(6)，彈簧座(7)，壓縮彈簧(8)，泄油孔(9)，進(jìn)油節(jié)流孔
(10)，壓力傳感器安裝孔(U)。所述擋板(5)與彈簧座(7)之間設(shè)有壓縮彈簧(8);所述壓蓋
(6)上開有圓形觀測窗口用于監(jiān)測擋板(5)的位移變化，以及用作可視化窗口，壓蓋(6)與閥座(2)螺栓緊固；所述閥芯(I)上設(shè)有回油孔(4)和環(huán)形油槽(3);所述閥芯(I)上的進(jìn)油節(jié)流孔(10)的長度和直徑與真實噴油器相同或等比例放大;所述壓蓋(6)上開有泄油孔(9)，所述壓蓋(6)上開有壓力傳感器安裝孔(11)，；所述壓力彈簧(8)用有機(jī)硅膠與擋板(2)和彈簧座(7)粘死。
[0005]1.可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置，其特征在于:包括閥芯(I)，閥座(2)，環(huán)形油槽(3)，回油孔(4)，擋板(5)，壓蓋(6)，彈簧座(7)，壓縮彈簧(8)，泄油孔(9)，進(jìn)油節(jié)流孔(10)，壓力傳感器安裝孔(11);所述擋板(5)與彈簧座(7)之間設(shè)有壓縮彈簧(8);所述壓蓋(6)上開有圓形觀測窗口用于監(jiān)測擋板(5)的位移變化，以及用作可視化窗口，壓蓋(6)與閥座(2)螺栓緊固；所述閥芯(I)上設(shè)有回油孔(4)和環(huán)形油槽(3);所述閥芯(I)上的進(jìn)油節(jié)流孔(10)的長度和直徑與真實噴油器相同或等比例放大;所述壓蓋(6)上開有泄油孔(9)，所述壓蓋(6)上開有壓力傳感器安裝孔(11);所述壓力彈簧(8)用有機(jī)硅膠與擋板(2)和彈簧座(7)粘死。
[0006]搭建一套系統(tǒng)，系統(tǒng)包括電機(jī)，油栗，濾清器，高壓油管，蓄能器，調(diào)壓閥，位移傳感器，攝影機(jī)，壓力傳感器，計算機(jī)，電控單元，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，油箱；電控單元連接油栗和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，油栗、濾清器以及油箱通過油管連接，油栗通過油軌連接到蓄能器，蓄能器連接到閥芯(I)上；調(diào)壓閥調(diào)節(jié)出口壓力，進(jìn)口壓力傳感器測量入口壓力，出口壓力傳感器測量出口壓力，擋板后空腔內(nèi)有壓力傳感器測量控制腔內(nèi)壓力;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集壓力傳感器以及位移傳感器的信號并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行處理;攝影機(jī)拍攝腔內(nèi)燃油流場變化；
[0007]調(diào)節(jié)油栗轉(zhuǎn)速，增加油栗栗油量，蓄能器穩(wěn)定油路壓力，射流發(fā)生時，擋板在射流沖擊力和彈簧力作用下產(chǎn)生位置偏移，擋板上做涂層標(biāo)記點(diǎn)以用于位移傳感器監(jiān)測擋板運(yùn)動變化，由牛頓第二定律得出入口壓力與沖擊力大小關(guān)系曲線;撤去位移傳感器，攝影機(jī)觀測控制腔內(nèi)燃油空化和流場隨入口壓力改變的變化。
[0008]具體的:先確定擋板的質(zhì)量m;彈簧剛度k;擋板的受力面積s;根據(jù)測量結(jié)果通過位移曲線擬合加速度，用如下公式計算得到小孔射流沖擊力的大小:
[0009]F-k.χ-Ρ.s=ma
[0010]其中F為沖擊力大小，單位為N；擋板滑動位移為X，單位為m;擋板彈簧側(cè)壓強(qiáng)為P，單位為Pa。
[0011]本發(fā)明的試驗系統(tǒng)包括驅(qū)動電機(jī)，油栗，濾清器，高壓油管，蓄能器，沖擊力測試裝置，位移傳感器，攝影機(jī)，調(diào)壓閥，壓力傳感器，計算機(jī)，電子控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，油箱;調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制油栗供油量，沖擊力測試裝置進(jìn)油口端連接有穩(wěn)壓罐穩(wěn)定油壓；回油管連接閥座上的出油孔、壓蓋上的泄油孔和油箱上的回油口。
[0012]所述測試觀測方法為調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，增加油栗栗油量，穩(wěn)壓罐穩(wěn)定油路壓力。射流發(fā)生時，擋板在射流沖擊力和彈簧力作用下產(chǎn)生位置偏移，擋板上做涂層標(biāo)記點(diǎn)以用于位移傳感器監(jiān)測擋板運(yùn)動變化，由牛頓第二定律可以得出入口壓力與沖擊力大小關(guān)系曲線。撤去位移傳感器，攝影機(jī)觀測控制腔內(nèi)燃油空化現(xiàn)象和流場變化。
[0013]所述沖擊力測試裝置包括閥芯，閥座，環(huán)形油槽，回油孔，擋板，壓蓋，彈簧座，壓縮彈簧，泄油孔，壓力傳感器安裝孔;所述壓蓋與閥座螺栓緊固，壓蓋中心有圓形觀測窗口，壓蓋上安裝位移傳感器，監(jiān)測擋板彈簧側(cè)腔內(nèi)壓力變化。
[0014]所述擋板為有機(jī)玻璃制成，與壓縮彈簧用膠粘死，其上有涂層標(biāo)記點(diǎn)，用于檢測擋板位移;彈簧自然伸縮時，擋板越過閥芯與后蓋結(jié)合面，避免因機(jī)械加工過程中的對中性而引起擋板的運(yùn)動卡死。
[0015]所述彈簧座為有機(jī)玻璃制成，與壓蓋過渡配合，使彈簧座卡在壓蓋上。
[0016]所述閥芯進(jìn)油節(jié)流孔長度和直徑與真實噴油器相同或等比例放大。
[0017]所述壓蓋上設(shè)有泄油孔，可以減小擋板運(yùn)動方向油壓形成的阻力。
[0018]發(fā)明具有以下特點(diǎn):1、閥芯進(jìn)油節(jié)流孔長度和直徑與真實噴油器相同或等比例放大，可以測試或模擬測試真實噴油器控制室內(nèi)節(jié)流孔淹沒射流。2、用位移法可以準(zhǔn)確地計算射流沖擊力的大小。3、攝影機(jī)拍攝，可以觀測到控制腔內(nèi)射流產(chǎn)生的空化與流場變化。
【附圖說明】
[0019]圖1是發(fā)明方法的系統(tǒng)試驗原理圖；
[0020]圖2是本發(fā)明方法應(yīng)用裝置(沖擊力測試裝置)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明進(jìn)油節(jié)流孔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明壓蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是局部剖視圖。
[0024]標(biāo)號說明:1-閥芯，2-閥座，3-環(huán)形油槽，4-回油孔，5-擋板，6_壓蓋，7_彈簧座，8_壓力彈簧，9-泄油孔，10-進(jìn)油節(jié)流孔，11-壓力傳感器安裝孔。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，可視化小孔淹沒射流沖擊力測試方法，包括驅(qū)動電機(jī)，油栗，濾清器，高壓油管，蓄能器，沖擊力測試裝置，位移傳感器，攝影機(jī)，調(diào)壓閥，壓力傳感器，計算機(jī)，電子控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，油箱。
[0026]如圖2所示，可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置，包括閥芯(I)，閥座(2)，環(huán)形油槽(3)，回油孔(4)，擋板(5)，壓蓋(6)，彈簧座(7)，壓力彈簧(8)，泄油孔(9)，進(jìn)油節(jié)流孔
(10)，壓力傳感器安裝孔(11)。
[0027]所述擋板(5)為有機(jī)玻璃制成，可在閥腔內(nèi)移動，彈簧自然伸縮時，擋板越過閥芯與后蓋結(jié)合面，避免因機(jī)械加工過程中的對中性而引起擋板的運(yùn)動卡死;所述彈簧座(7)為有機(jī)玻璃制成，壓縮彈簧與擋板(5)和彈簧座(7)用膠粘死。
[0028]擋板(5)、彈簧座(7)和壓力彈簧(8)安裝于閥芯(I)與壓蓋(6)形成的控制腔內(nèi)部，彈簧座(7)與壓蓋(6)過渡配合。
[0029]壓蓋(6)與閥座(2)螺栓緊固，壓蓋(6)中心有圓形觀測窗口，閥體外部放置位移傳感器，可用于監(jiān)測擋板的運(yùn)動變化過程，撤去位移傳感器可用攝影機(jī)觀測控制腔內(nèi)部小孔射流的空化和流場隨入口壓力改變的變化。
[0030]先確定擋板的質(zhì)量m;彈簧剛度k;擋板的受力面積s;根據(jù)測量結(jié)果通過位移曲線擬合加速度，用如下公式計算得到小孔射流沖擊力的大小:
[0031]F-k.χ-Ρ.s=ma
[0032]其中F為沖擊力大小，單位為N;擋板滑動位移為X，單位為m;擋板彈簧側(cè)壓強(qiáng)為P，單位為Pa。
[0033]試驗初始，射流發(fā)生時，擋板在射流沖擊力和彈簧力作用下產(chǎn)生位置偏移，擋板上做涂層標(biāo)記點(diǎn)以用于位移傳感器監(jiān)測擋板運(yùn)動變化，由牛頓第二定律可以得出出入口壓力與沖擊力大小關(guān)系曲線。撤去位移傳感器，攝影機(jī)觀測控制腔內(nèi)燃油空化現(xiàn)象和流場隨入口壓力改變的變化。
【主權(quán)項】
1.可視化小孔淹沒射流沖擊力測試裝置，其特征在于:包括閥芯(I)，閥座(2)，環(huán)形油槽(3)，回油孔(4)，擋板(5)，壓蓋(6)，彈簧座(7)，壓縮彈簧(8)，泄油孔(9)，進(jìn)油節(jié)流孔(10)，壓力傳感器安裝孔(11);所述擋板(5)與彈簧座(7)之間設(shè)有壓縮彈簧(8);所述壓蓋(6)上開有圓形觀測窗口用于監(jiān)測擋板(5)的位移變化，以及用作可視化窗口，壓蓋(6)與閥座(2)螺栓緊固；所述閥芯(I)上設(shè)有回油孔(4)和環(huán)形油槽(3);所述閥芯(I)上的進(jìn)油節(jié)流孔(10)的長度和直徑與真實噴油器相同或等比例放大;所述壓蓋(6)上開有泄油孔(9)，所述壓蓋(6)上開有壓力傳感器安裝孔(11);所述壓力彈簧(8)用有機(jī)硅膠與擋板(2)和彈簧座(7)粘死。2.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于:搭建一套系統(tǒng)，系統(tǒng)包括電機(jī)，油栗，濾清器，高壓油管，蓄能器，調(diào)壓閥，位移傳感器，攝影機(jī)，壓力傳感器，計算機(jī)，電控單元，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，油箱；電控單元連接油栗和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，油栗、濾清器以及油箱通過油管連接，油栗通過油軌連接到蓄能器，蓄能器連接到閥芯(I)上;調(diào)壓閥調(diào)節(jié)出口壓力，進(jìn)口壓力傳感器測量入口壓力，出口壓力傳感器測量出口壓力，擋板后空腔內(nèi)有壓力傳感器測量控制腔內(nèi)壓力;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集壓力傳感器以及位移傳感器的信號并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行處理;攝影機(jī)拍攝腔內(nèi)燃油流場變化； 調(diào)節(jié)油栗轉(zhuǎn)速，增加油栗栗油量，蓄能器穩(wěn)定油路壓力，射流發(fā)生時，擋板在射流沖擊力和彈簧力作用下產(chǎn)生位置偏移，擋板上做涂層標(biāo)記點(diǎn)以用于位移傳感器監(jiān)測擋板運(yùn)動變化，由牛頓第二定律得出入口壓力與沖擊力大小關(guān)系曲線;撤去位移傳感器，攝影機(jī)觀測控制腔內(nèi)燃油空化和流場隨入口壓力改變的變化。3.如權(quán)利要求2所述的法，其特征在于:先確定擋板的質(zhì)量m;彈簧剛度k;擋板的受力面積s;根據(jù)測量結(jié)果通過位移曲線擬合加速度，用如下公式計算得到小孔射流沖擊力的大小: F-k.χ-Ρ.s=ma 其中F為沖擊力大小，單位為N ；擋板滑動位移為X，單位為m ；擋板彈簧側(cè)壓強(qiáng)為P，單位為Pa。
【文檔編號】F02M65/00GK106014741SQ201610476146
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】雷艷, 王艷, 仇滔, 高壯
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)