天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于内燃机研究领域的一种天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置及其控制方法，包括喷射组合器、定容弹、天然气喷射器、柴油喷射器、供气系统、供油系统、计算机Ⅰ、ECU、激光器、同步器、相机Ⅰ、相机Ⅱ、反射镜和分光镜；天然气喷射器和柴油喷射器固定安装在喷射组合器内，喷射组合器安装在定容弹顶部，供气系统与天然气喷射器连接，供油系统柴油喷射器连接，ECU控制天然气喷射器和柴油喷射器的开关，计算机Ⅰ通过同步器控制激光器与相机Ⅰ和相机Ⅱ同时工作。本发明专利技术实现双燃料的喷射混合，再利用激光诱导荧光技术，捕获清晰的喷雾形态图像，在管路中安装加热装置、温度压力传感器、电磁流量计，以研究燃料的状态对喷雾混合特性的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内燃机研究领域，具体涉及一种天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置及其控制方法。
技术介绍
随着工业消耗和生活消费的扩张，我国对能源需求持续上升，而化石资源，如柴油、汽油的过度开发所造成的问题日益凸显。能源、环境危机的不断加深，严重影响了我国经济和社会的健康快速发展。此外，我国环保法规不断升级，国四排放已全面实施，对柴油发动机行业影响甚大。由此可见，开发和利用清洁能源势在必行。天然气作为一种清洁的代用燃料，在我国的储量相对较丰富。其主要成分是甲烷，和柴油相比有较高的热值。研究(SAE981160)中表明，甲烷在2ms内自燃的温度至少要达到1200K，远高于传统柴油发动机能达到的温度(850K～950K)，因此，需要靠电火花点火或者柴油引燃技术为天然气燃烧提供能量。近几十年来，天然气发动机的研究取得了较大进展。加拿大Westport公司，美国BKM公司均提出了“微引燃”双燃料系统，用少量的引燃柴油为天然气提供能量。研究(SAE 1999-01-3556)发现，在高压直喷柴油机中利用柴油引燃天然气能够获得较低的排放和较高的热效率，为天然气在发动机内的应用提供了有效的依据。柴油引燃天然气工作过程是，先在缸内喷射少量柴油作为引燃剂，柴油在活塞运动到上止点过程中被压燃形成火焰，随后主燃料天然气以较高的压力喷入缸内燃烧作功。在文献(SAE981400)中，Ouellette等人提到的喷射系统是在传统的喷油器中增加一个阀套，阀套既充当柴油喷油器的阀体，又充当天然气喷射器的针阀。公开号为US5996558的专利提出了利用两套喷嘴的复杂结构，成本高。国内关于这方面的专利很少，专利公开号为ZL 200410016233.7的专利提出的一种双燃料喷油泵以及专利公开号为ZL 200510017269.1提出的双燃料喷嘴均无法实现CNG/柴油缸内直喷技术。专利公开号为ZL 201310019736.9的专利提出了一种实现天然气柴油双燃料的喷射装置和方法。该专利在针阀和阀体组成的喷嘴偶件基础上，增加一个阀套零件组成的喷嘴，三个零件之间互为偶件，实现了天然气/柴油同轴喷射技术。但是该喷射器的加工精度要求极高，结构复杂，国内目前很难实现。上述专利提到的双燃料喷射装置和方法，无法实现柴油引燃天然气缸内直喷技术。目前该技术的核心都被国外企业所垄断，国内尚处于技术空白。面对日益严峻的能源环境危机，
迫切的需要开发清洁能源的应用技术。因此，非常有必要开发环保效益突出、动力性能强劲的柴油引燃天然气缸内直喷技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置及其控制方法，本专利技术设计了一种能够实现柴油天然气双燃料喷射的喷射组合器，并将其安装于定容弹顶部，并与一套天然气供给系统和一套柴油供给系统相连，通过一套ECU控制系统，实现双燃料的喷射混合，再利用激光诱导荧光技术，捕获清晰的喷雾形态图像，同时在管路中安装加热装置、温度压力传感器、电磁流量计，以研究燃料的状态对喷雾混合特性的影响。本专利技术的技术方案是：一种天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置，包括喷射组合器、定容弹、天然气喷射器、柴油喷射器、供气系统、供油系统、计算机Ⅰ、ECU、激光器、同步器、相机Ⅰ、相机Ⅱ、反射镜和分光镜；所述喷射组合器可拆卸的安装在定容弹的顶部，所述喷射组合器内设有与定容弹测试区域相通的安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ；所述天然气喷射器固定安装在安装孔Ⅰ上，所述柴油喷射器固定安装在安装孔Ⅱ上；所述供气系统与天然气喷射器的进口相连接；所述供油系统与所述柴油喷射器的进口相连接；所述反射镜位于定容弹的侧面窗口，分光镜位于定容弹的正面窗口；所述相机Ⅰ和相机Ⅱ分别正对着分光镜的两个镜面；所述计算机Ⅰ与同步器的输入端电连接、同步器的输出端分别与激光器、相机Ⅰ和相机Ⅱ电连接；所述ECU包括收发模块、天然气喷射器控制模块和柴油喷射器控制模块；所述收发模块与计算机Ⅰ电连接、将从计算机Ⅰ接收的信号传送到天然气喷射器控制模块和柴油喷射器控制模块，所述天然气喷射器控制模块与天然气喷射器电连接、用于控制天然气喷射器的开关，所述柴油喷射器控制模块与柴油喷射器电连接、用于控制柴油喷射器的开关，收发模块在给天然气喷射器和柴油喷射器发射信号的同时，也将该信号传送到计算机Ⅰ，计算机Ⅰ通过同步器控制激光器发射激光而相机Ⅰ和相机Ⅱ同时拍摄照片。上述方案中，所述供气系统包括天然气罐和丙酮发生器；所述丙酮发生器包括进气口Ⅰ和出气口；所述进气口Ⅰ通过高压金属软管与天然气罐连接；出气口通过高压气管与天然气喷射器连接；所述出气口与天然气喷射器连接的高压气管上设有丙酮浓度计、温度传感器、压力传感器Ⅰ和流量计；所述丙酮发生器的底部置于水浴加热器内。上述方案中，所述供油系统包括高压油轨、高压油泵、油箱、和计算机Ⅱ；所述高压油泵的一端与油箱连接，另一端与高压油轨的一端连接，高压油轨的另一端通过高压油管与柴油喷射器连接；所述高压油轨上安装有压力传感器Ⅱ；高压油轨与柴油喷射器连接的高压油管上安装有压力表Ⅰ；所述计算机Ⅱ分别与高压油泵和压力传感器Ⅱ电连接，根据压力传感器Ⅱ检测到的高压油轨内的液油压力信号，来控制高压油泵对高压油轨的供油量。上述方案中，所述喷射组合器还包括微通道；所述微通道的一端与天然气喷射器的出口相通，另一端与定容弹测试区域相通。进一步的，所述微通道和定容弹测试区域相通的一端与柴油喷射器出口的轴心距为5mm。进一步的，所述喷射组合器的顶部包括环形台阶Ⅰ，所述环形台阶Ⅰ的圆周设有螺纹孔，所述喷射组合器通过螺纹孔与螺栓固定在定容弹的顶部；所述环形台阶Ⅰ的下方还设有环形台阶Ⅱ，环形台阶Ⅱ的底部设有石墨垫圈。上述方案中，所述喷射组合器还包括夹具；所述夹具为“工”字型，所述夹具的两侧设有开口的卡槽，所述天然气喷射器和柴油喷射器分别卡在卡槽上，所述夹具上设有两个中心对称的通孔，所述夹具还设有两根长螺栓，两根长螺栓穿过所述通孔后旋进喷射组合器底部的螺纹孔并紧固。一种根据上述天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置的控制方法，包括以下步骤：S1、将试验用的所述天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置安装连接；S2、对相机Ⅰ、相机Ⅱ进行标定，标定结束后安装定容弹，并检查气密性；S3、开启供气系统和供油系统，使其达到实验值；S4、通过ECU调节天然气/柴油的喷射策略，在天然气喷射器和柴油喷射器开始工作的瞬间，将喷射脉冲信号发射给计算机Ⅰ，计算机Ⅰ通过同步器分别控制激光器、相机Ⅰ和相机Ⅱ同时开始工作；S5、根据拍摄的图像，调节气体的浓度，以及相机增益，以获取质量最佳的图像；S6、获得喷雾图像，用MATLAB软件进行图像处理后，再进行双燃料射流的混合特性的研究分析。上述方案中，所述步骤S3具体为：开启供气系统，打开天然气罐，天然气通过高压金属软管进入丙酮发生器的丙酮液面下，天然气与丙酮充分混合后经气体导管流出，途径丙酮浓度计、温度传感器、压力传感器Ⅰ和流量计，抵达天然气喷射器，调节水浴加热器温度、丙酮液体的加入量和供气压力，获取满足实验浓度要求的天然气/丙酮蒸汽混合气；开启供油系统，计算机Ⅱ根据压力传感器Ⅱ检测到的高压油轨内的液油压力信号，来控制高压油泵对高压油轨的供油量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置，其特征在于，包括喷射组合器(1)、定容弹(2)、天然气喷射器(26)、柴油喷射器(27)、供气系统、供油系统、计算机Ⅰ(8)、ECU(11)、激光器(6)、同步器(7)、相机Ⅰ(4)、相机Ⅱ(5)、反射镜(15)和分光镜(3)；所述喷射组合器(1)可拆卸的安装在定容弹(2)的顶部，所述喷射组合器(1)内设有与定容弹(2)测试区域相通的安装孔Ⅰ(31)和安装孔Ⅱ(32)；所述天然气喷射器(26)固定安装在安装孔Ⅰ(31)上，所述柴油喷射器(27)固定安装在安装孔Ⅱ(32)上；所述供气系统与天然气喷射器(26)的进口相连接；所述供油系统与所述柴油喷射器(27)的进口相连接；所述反射镜(15)位于定容弹(2)的侧面窗口，分光镜(3)位于定容弹(2)的正面窗口；所述相机Ⅰ(4)和相机Ⅱ(5)分别正对着分光镜(3)的两个镜面；所述计算机Ⅰ(8)与同步器(7)的输入端电连接、同步器(7)的输出端分别与激光器(6)、相机Ⅰ(4)和相机Ⅱ(5)电连接；所述ECU(11)包括收发模块、天然气喷射器控制模块和柴油喷射器控制模块；所述收发模块与计算机Ⅰ(8)电连接、将从计算机Ⅰ(8)接收的信号传送到天然气喷射器控制模块和柴油喷射器控制模块，所述天然气喷射器控制模块与天然气喷射器(26)电连接、用于控制天然气喷射器(26)的开关，所述柴油喷射器控制模块与柴油喷射器(27)电连接、用于控制柴油喷射器(27)的开关，收发模块在给天然气喷射器(26)和柴油喷射器(27)发射信号的同时，也将该信号传送到计算机Ⅰ(8)，计算机Ⅰ(8)通过同步器(7)控制激光器(6)发射激光而相机(4)Ⅰ和相机(5)Ⅱ同时拍摄照片。...

【技术特征摘要】
1.一种天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置，其特征在于，包括喷射组合器(1)、定容弹(2)、天然气喷射器(26)、柴油喷射器(27)、供气系统、供油系统、计算机Ⅰ(8)、ECU(11)、激光器(6)、同步器(7)、相机Ⅰ(4)、相机Ⅱ(5)、反射镜(15)和分光镜(3)；所述喷射组合器(1)可拆卸的安装在定容弹(2)的顶部，所述喷射组合器(1)内设有与定容弹(2)测试区域相通的安装孔Ⅰ(31)和安装孔Ⅱ(32)；所述天然气喷射器(26)固定安装在安装孔Ⅰ(31)上，所述柴油喷射器(27)固定安装在安装孔Ⅱ(32)上；所述供气系统与天然气喷射器(26)的进口相连接；所述供油系统与所述柴油喷射器(27)的进口相连接；所述反射镜(15)位于定容弹(2)的侧面窗口，分光镜(3)位于定容弹(2)的正面窗口；所述相机Ⅰ(4)和相机Ⅱ(5)分别正对着分光镜(3)的两个镜面；所述计算机Ⅰ(8)与同步器(7)的输入端电连接、同步器(7)的输出端分别与激光器(6)、相机Ⅰ(4)和相机Ⅱ(5)电连接；所述ECU(11)包括收发模块、天然气喷射器控制模块和柴油喷射器控制模块；所述收发模块与计算机Ⅰ(8)电连接、将从计算机Ⅰ(8)接收的信号传送到天然气喷射器控制模块和柴油喷射器控制模块，所述天然气喷射器控制模块与天然气喷射器(26)电连接、用于控制天然气喷射器(26)的开关，所述柴油喷射器控制模块与柴油喷射器(27)电连接、用于控制柴油喷射器(27)的开关，收发模块在给天然气喷射器(26)和柴油喷射器(27)发射信号的同时，也将该信号传送到计算机Ⅰ(8)，计算机Ⅰ(8)通过同步器(7)控制激光器(6)发射激光而相机(4)Ⅰ和相机(5)Ⅱ同时拍摄照片。2.根据权利要求1所述天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置，其特征在于，所述供气系统包括天然气罐(23)和丙酮发生器(22)；所述丙酮发生器(22)包括进气口Ⅰ(37)和出气口(39)；所述进气口Ⅰ(37)通过高压金属软管与天然气罐(23)连接；出气口(39)通过高压气管(20)与天然气喷射器(26)连接；所述出气口(39)与天然气喷射器(26)连接的高压气管(20)上设有丙酮浓度计(19)、温度传感器(18)、压力传感器Ⅰ(17)和流量计(16)；所述丙酮发生器(22)的底部置于水浴加热器(43)内。3.根据权利要求1所述天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置，其特征在于，所述供油系统包括高压油轨(10)、高压油泵、油箱、和计算机Ⅱ(9)；所述高压油泵的一端与油箱连接，另一端与高压油轨(10)的一端连接，高压油轨(10)的另一端通过高压油管与柴油喷射器(27)连接；所述高压油轨(10)上安装有压力传感器
\tⅡ(24)；高压油轨(10)与柴油喷射器(27)连接的高压油管上安装有压力表Ⅰ(12)；所述计算机Ⅱ(9)分别与高压油泵和压力传感器Ⅱ(24)电连接，根据压力传感器Ⅱ(24)检测到的高压油轨(10)内的液油压力信号，来控制高压油泵对高压油轨(10)的供油量。4.根据权利要求1所述天然气/柴油双燃料喷射混合特性研究装置，其特征在于，所述喷射组合器(1)还包括微通道(33)；所述微通道(33)的一端与天然气喷射器(26)的出口相通，另一端与定容弹(2)测试区域相通。5.根据权利要求4所述天然气/柴油双燃料喷射混合特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王谦，谭小强，刘庆，姜鹏，韩丹，邵长胜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32