多工况下喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置及方法，该试验装置包括压力控制系统、信号测试系统、喷射系统和燃油供给系统；压力控制系统包括第一电磁油压控制阀、第二电磁油压控制阀、压力调节阀、压力限制阀、背压腔体；信号测试系统包括压力传感器，流量传感器，信号控制终端、CCD高速数码摄像机及计算机；喷射系统包括喷油器和喷嘴头帽；燃油供给系统包括油箱、加热瓦、柴油滤清器、电动燃油泵、高压油泵、扰流器和共轨油管。该试验装置可开展不同喷射压力、背压、喷油嘴结构、燃油温度及管内流动状态所产生的喷嘴内部空化流动对喷嘴内部空蚀影响的试验研究，实现了多工况下柴油机喷嘴内部空穴流动对喷嘴内部空蚀影响因素的测量。

【技术实现步骤摘要】
多工况下喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置及方法
本专利技术涉及柴油机燃油喷雾领域，特指一种可以同时探究喷射压力、喷嘴出口压力、燃油温度及管内流动状态等因素对柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀影响的试验装置。
技术介绍
柴油机自研发至今，已经深深地融入到了我们的生活当中。无论是工程机械领域还是在车辆、船舶、国防等其他领域都有大量的应用，对国民经济发展具有重要的支撑作用。现代柴油机为了提高喷射压力，从而获得更好的雾化效果，广泛采用高压共轨燃油喷射技术，喷射压力可以达到2000bar，喷射速度超过300m/s，喷嘴直径小于0.1mm，使得喷油器喷嘴内不可避免的出现空化现象，而系统中的多孔喷嘴则成为连接上游燃油喷射与下游喷雾雾化混合的关键。所以科研工作者对柴油机喷嘴内空穴流动开展了大量的研究。然而，在高喷射压力下，燃油喷射随针阀运动的强瞬态性及多次喷射的存在，使得空化过程存在强烈的非稳态特性，空化泡在瞬间破碎过程中，因“微射流”和“冲击波”作用会使金属壁面承受反复不断的冲击力，进而造成壁面空蚀。这种空蚀磨损一方面会恶化燃油的雾化，造成发动机工作状态变差；另一方面，空蚀损毁严重时喷油器甚至无法工作而直接失效。因此，当前在喷嘴空穴雾化研究基础上，重点开展喷嘴空蚀特性和机理的研究具有非常重要的意义。目前，针对柴油机原型多孔喷嘴，基于空化瞬态特性的可视化研究，从空化结构、空化数、声压与空蚀率的定量关系入手，探寻喷嘴内部空蚀机理的研究尚未开展。
技术实现思路
针为了更好地研究柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀机理之间的关系，本专利技术提供了可以在同一试验台上同步开展多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置。本专利技术所采用的技术方案是：实现多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，包括压力控制系统、信号测试系统、喷射系统及燃油供给系统；所述压力控制系统包括第一电磁油压控制阀、第二电磁油压控制阀、压力调节阀、压力限制阀、带压力控制装置的第一背压腔体、带压力控制装置的第二背压腔体；所述信号测试系统包括五个压力传感器、两个流量传感器、信号控制终端、CCD高速数码摄像机及计算机；所述喷射系统包括第一喷油器、第二喷油器、透明喷嘴头帽和金属喷嘴头帽；所述燃油供给系统包括油箱、柴油滤清器、电动燃油泵、高压油泵、扰流器和共轨油管。所述油箱与电动燃油泵的输入端口相连接，且二者之间设有柴油滤清器；所述电动燃油泵的输出端口与高压油泵的输入端口相连接；所述高压油泵的输出端口依次通过压力调节阀和扰流器与共轨油管的输入端口相连接；所述共轨油管的输出端口与第一喷油器和第二喷油器的输入端口相连接，所述第一喷油器和第二喷油器与油箱的回油口相连接，共轨油管通过压力限制阀与油箱的回油口相连接。所述共轨油管上设置有第一电磁油压控制阀和第二电磁油压控制阀，第一电磁油压控制阀后连接有两条油路，第二电磁油压控制阀后连接有两条油路，每条油路上装有压力传感器和流量传感器。所述第一喷油器的喷嘴头部设置有透明喷嘴头帽，第二喷油器的喷嘴头部设置有金属喷嘴头帽。所述第一喷油器和第二喷油器分别与带压力控制装置的第一背压腔体和带压力控制装置的第二背压腔体相连通；所述带压力控制装置的第一背压腔体和带压力控制装置的第二背压腔体上端都接有压力传感器，并和信号控制终端相连接。所述带压力控制装置的第一背压腔体和带压力控制装置的第二背压腔体通过管道和氮气罐相连接，在带压力控制装置的第一背压腔体与氮气罐之间的管道上装有第一压力表和第一截止阀，在带压力控制装置的第二背压腔体与氮气罐之间的管道上装有第二压力表和第二截止阀。所述带压力控制装置的第一背压腔体外侧设置有强光灯和CCD高速数码摄像机，所述CCD高速数码摄像机与信号控制终端相连接。进一步，通过控制第一电磁油压控制阀和第二电磁油压控制阀分别控制位于其后方油路的喷射压力大小。进一步，通过扰流器调整整个油路的管内流动状态。进一步，所述油箱上安装有加热瓦和温度传感器，所述共轨油管上安装有温度传感器，所述温度传感器均与信号控制终端相连，信号控制终端用于实时控制燃油温度，为研究不同燃油温度对喷嘴穴蚀影响提供条件。进一步，所述第一喷油器和第二喷油器的喷嘴头部均包括针阀体，法兰、针阀；所述针阀设置于针阀体内部，所述针阀体上固定有法兰；所述透明喷嘴头帽和金属喷嘴头帽上均固定有卡盘；通过所述法兰和卡盘经螺栓将喷油器和喷嘴头帽密封连接。进一步，所述第一喷油器与透明喷嘴头帽之间，第二喷油器与金属喷嘴头帽之间均设有密封垫圈。所述透明喷嘴头帽采用的材料为聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯PETG、非结晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯APET、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA或有机玻璃。所述金属喷嘴头帽采用的材料为铝镁合金、铝、紫铜、铜、GCr15或1Cr18Ni9T等。实现多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验方法，包括以下情况：A、试验时，电动燃油泵在信号控制终端控制下将油箱中的燃油经过柴油滤清器输送给高压油泵，高压油泵燃油输出压力通过压力调节阀调节，根据信号控制终端指令将柴油增压后供给共轨油管，在共轨油管里面形成稳定的高压燃油，若共轨油管里面的燃油压力超过限定值，油液通过压力限制阀回流到油箱，最后高压燃油到达第一喷油器和第二喷油器，第一喷油器里的燃油经透明喷嘴头帽喷出，第二喷油器里的燃油经金属喷嘴头帽喷出，从透明喷嘴头帽和金属喷嘴头帽喷出的燃油变成低压油，随回油管路回到油箱，这样如此往复地循环工作，直至一次循环试验结束，如此循环若干次；B、开展喷射压力对喷嘴内部空蚀特性影响的试验研究时，通过加载相同结构但不同材料的喷嘴头帽，使得两条油路末端的背压腔保持相同的背压，关闭扰流器，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使喷射压力按照一定的规律变化，用CCD高速数码摄像机拍摄透明喷嘴头帽喷孔内部空化流动情况，用电子称称得金属喷嘴头帽试验前后的重量变化，并用扫描电镜观察空蚀后喷嘴头帽形态，进而对柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系进行研究；C、开展背压对喷嘴内部空蚀特性影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，关闭扰流器，通过背压腔附带的压力调节系统调节两油路末端背压腔内部的压力大小按一定规律变化，用CCD高速数码摄像机拍摄透明喷嘴头帽喷孔内部空化流动情况，用电子称称得金属喷嘴头帽试验前后的重量变化，并用扫描电镜观察空蚀后喷嘴头帽形态，进而对柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系进行研究；D、开展管内流动状态对喷嘴内部空蚀特性影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，通过背压腔附带的压力调节系统调节两油路末端背压腔内部的压力相同，开启扰流器，用CCD高速数码摄像机拍摄透明喷嘴头帽喷孔内部空化流动情况，用电子称称得金属喷嘴头帽试验前后的重量变化，并用扫描电镜观察空蚀后喷嘴头帽形态，进而对柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系进行研究；E、开展燃油温度对喷嘴内部空蚀特性影响的试验研究时，通过加载相同结构的喷嘴，通过调整电磁油压调节阀来调节两条油路的喷射压力，使两油路的喷射压力相同，通过背压腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，其特征在于：包括压力控制系统、信号测试系统、喷射系统及燃油供给系统；所述压力控制系统包括第一电磁油压控制阀(9)、第二电磁油压控制阀(11)、压力调节阀(6)、压力限制阀(7)、带压力控制装置的第一背压腔体(25)、带压力控制装置的第二背压腔体(18)；所述信号测试系统包括五个压力传感器(12)、两个流量传感器(13)、信号控制终端(15)、CCD高速数码摄像机(14)及计算机(16)；所述喷射系统包括第一喷油器(27)、第二喷油器(29)、透明喷嘴头帽(28)和金属喷嘴头帽(30)；所述燃油供给系统包括油箱(1)、加热瓦(2)、柴油滤清器(3)、电动燃油泵(4)、高压油泵(5)、扰流器(8)和共轨油管(10)；所述油箱(1)与电动燃油泵(4)的输入端口相连接，且二者之间设有柴油滤清器(3)；所述电动燃油泵(4)的输出端口与高压油泵(5)的输入端口相连接；所述高压油泵(5)的输出端口依次通过压力调节阀(6)和扰流器(8)与共轨油管(10)的输入端口相连接；所述共轨油管(10)的输出端口与第一喷油器(27)和第二喷油器(29)的输入端口相连接，所述第一喷油器(27)和第二喷油器(29)与油箱(1)的回油口相连接，共轨油管(10)通过压力限制阀(7)与油箱(1)的回油口相连接；所述共轨油管(10)上设置有第一电磁油压控制阀(9)和第二电磁油压控制阀(11)，第一电磁油压控制阀(9)后连接有两条油路，第二电磁油压控制阀(11)后连接有两条油路，每条油路上装有压力传感器(12)和流量传感器(13)；所述第一喷油器(27)的喷嘴头部设置有透明喷嘴头帽(28)，第二喷油器(29)的喷嘴头部设置有金属喷嘴头帽(30)；所述第一喷油器(27)和第二喷油器(29)分别与带压力控制装置的第一背压腔体(25)和带压力控制装置的第二背压腔体(18)相连通；所述带压力控制装置的第一背压腔体(25)和带压力控制装置的第二背压腔体(18)上端都接有压力传感器(12)，并和信号控制终端(15)相连接；所述带压力控制装置的第一背压腔体(25)和带压力控制装置的第二背压腔体(18)通过管道和氮气罐(21)相连接，在带压力控制装置的第一背压腔体(25)与氮气罐(21)之间的管道上装有第一压力表(22)和第一截止阀(23)，在带压力控制装置的第二背压腔体(18)与氮气罐(21)之间的管道上装有第二压力表(20)和第二截止阀(19)；所述带压力控制装置的第一背压腔体(25)外侧设置有强光灯(26)和CCD高速数码摄像机(14)，所述CCD高速数码摄像机(14)与信号控制终端(15)相连接。...

【技术特征摘要】
1.多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，其特征在于：包括压力控制系统、信号测试系统、喷射系统及燃油供给系统；所述压力控制系统包括第一电磁油压控制阀(9)、第二电磁油压控制阀(11)、压力调节阀(6)、压力限制阀(7)、带压力控制装置的第一背压腔体(25)、带压力控制装置的第二背压腔体(18)；所述信号测试系统包括五个压力传感器(12)、两个流量传感器(13)、信号控制终端(15)、CCD高速数码摄像机(14)及计算机(16)；所述喷射系统包括第一喷油器(27)、第二喷油器(29)、透明喷嘴头帽(28)和金属喷嘴头帽(30)；所述燃油供给系统包括油箱(1)、加热瓦(2)、柴油滤清器(3)、电动燃油泵(4)、高压油泵(5)、扰流器(8)和共轨油管(10)；所述油箱(1)与电动燃油泵(4)的输入端口相连接，且二者之间设有柴油滤清器(3)；所述电动燃油泵(4)的输出端口与高压油泵(5)的输入端口相连接；所述高压油泵(5)的输出端口依次通过压力调节阀(6)和扰流器(8)与共轨油管(10)的输入端口相连接；所述共轨油管(10)的输出端口与第一喷油器(27)和第二喷油器(29)的输入端口相连接，所述第一喷油器(27)和第二喷油器(29)与油箱(1)的回油口相连接，共轨油管(10)通过压力限制阀(7)与油箱(1)的回油口相连接；所述共轨油管(10)上设置有第一电磁油压控制阀(9)和第二电磁油压控制阀(11)，第一电磁油压控制阀(9)后连接有两条油路，第二电磁油压控制阀(11)后连接有两条油路，每条油路上装有压力传感器(12)和流量传感器(13)；所述第一喷油器(27)的喷嘴头部设置有透明喷嘴头帽(28)，第二喷油器(29)的喷嘴头部设置有金属喷嘴头帽(30)；所述第一喷油器(27)和第二喷油器(29)分别与带压力控制装置的第一背压腔体(25)和带压力控制装置的第二背压腔体(18)相连通；所述带压力控制装置的第一背压腔体(25)和带压力控制装置的第二背压腔体(18)上端都接有压力传感器(12)，并和信号控制终端(15)相连接；所述带压力控制装置的第一背压腔体(25)和带压力控制装置的第二背压腔体(18)通过管道和氮气罐(21)相连接，在带压力控制装置的第一背压腔体(25)与氮气罐(21)之间的管道上装有第一压力表(22)和第一截止阀(23)，在带压力控制装置的第二背压腔体(18)与氮气罐(21)之间的管道上装有第二压力表(20)和第二截止阀(19)；所述带压力控制装置的第一背压腔体(25)外侧设置有强光灯(26)和CCD高速数码摄像机(14)，所述CCD高速数码摄像机(14)与信号控制终端(15)相连接。2.根据权利要求1所述的多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，其特征在于：通过控制第一电磁油压控制阀(9)和第二电磁油压控制阀(11)分别控制位于其后方油路的喷射压力大小。3.根据权利要求1所述的多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，其特征在于：通过扰流器(8)调整整个油路的管内流动状态。4.根据权利要求1所述的多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，其特征在于：所述油箱(1)上安装有加热瓦(2)和温度传感器，所述共轨油管(10)上安装有温度传感器，所述温度传感器均与信号控制终端(15)相连，信号控制终端(15)用于实时控制燃油温度，为研究不同燃油温度对喷嘴穴蚀影响提供条件。5.根据权利要求1所述的多工况下柴油机多孔喷嘴内部流动和空蚀关系测量的试验装置，其特征在于：所述第一喷油器(27)和第二喷油器(29)的喷嘴头部均包括针阀体(32)，法兰(33)、针阀(31)；所述针阀(31)设置于针阀体(32)内部，所述针阀体(32)上固定有法兰(33)；所述透明喷嘴头帽(28)和金属喷嘴头帽(30)上均固定有卡盘(34)；通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志霞，张鑫，王谦，钟汶君，郭根苗，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32