一种简易的气体发动机喷气规律测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种简易的气体发动机喷气规律测量系统及方法，该系统包括喷气规律测量仪、喷气加压模块、定容室加压与泄压模块、定容室压力信号采集模块以及压力信号后处理模块；该方法利用示波器把接收的压力电信号和驱动信号传递给上位机，利用上位机对第一压力传感器和第二压力传感器获得的压力电信号进行平均处理，然后再进行滤波平滑处理后得到压力电信号的曲线，对压力电信号进行一阶微分处理后得到压力变化速率曲线乘上标定实验得出的压力变化速率与喷气质量流率之间的关系系数k即可得到实际喷气规律曲线。本发明专利技术解决了缸内直喷燃气发动机研发过程中的喷气规律测量困难的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种简易的气体发动机喷气规律测量系统及方法


[0001]本专利技术属于燃气发动机
，具体涉及一种简易的气体发动机喷气规律测量系统及方法。

技术介绍

[0002]低碳燃料如天然气、氢气等发动机成为内燃机行业对碳达峰碳中和目标的重要渠道之一。面对燃气发动机高瞬态宽运转工况的要求，对喷气系统的喷气规律设计要求更加精确，如何低成本、高精度测量燃气喷气规律是开发气体燃料发动机的重要挑战之一。然而目前针对气体燃料发动机中气体喷气规律的研究大多用到的设备昂贵，流程复杂。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种简易的气体发动机喷气规律测量系统及方法，以解决缸内直喷燃气发动机研发过程中的喷气规律测量困难的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，包括喷气规律测量仪、喷气加压模块、定容室加压与泄压模块、定容室压力信号采集模块以及压力信号后处理模块；
[0006]喷气规律测量仪内部设置有定容室，喷气规律测量仪上设置有喷气阀，
[0007]喷气加压模块包括空气压缩机、高压气泵、测试气体高压气罐和喷气阀，通过空气压缩机产生的压力驱动高压气泵将测试气体高压气罐中的气体压缩至目标压力，达到目标压力后保持并等待喷气阀开启；
[0008]定容室加压与泄压模块用于对定容室加压或者泄压；
[0009]定容室压力信号采集模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、电荷放大器和信号发生器，第一压力传感器和第二压力传感器设置在喷气规律测量仪上，定容室压力信号采集模块的信号发生器产生的驱动信号在开启喷气阀电磁阀的同时传递给压力电信号后处理模块的示波器；第一压力传感器和第二压力传感器将定容室内的压力波动转化成电容器载荷电流，信号放大器将电流信号按比例放大并转换成电压信号后传递给示波器，示波器同时呈现两个电压信号和一个驱动信号；
[0010]压力信号后处理模块包括示波器和上位机，示波器把接收的压力电信号和驱动信号传递给上位机，利用上位机对第一压力传感器和第二压力传感器获得的压力电信号进行平均处理，然后再进行滤波平滑处理后得到压力电信号的曲线，对压力电信号进行一阶微分处理后得到压力变化速率曲线乘上标定实验得出的压力变化速率与喷气质量流率之间的关系系数k即可得到实际喷气规律曲线。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，喷气规律测量仪包括喷气规律测量仪主体，喷气规律测量仪主体内设置有定容室，喷气规律测量仪主体的顶部设置有喷气规律测量仪端盖和适配器。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，喷气阀喷气在定容室引起的压力波动通过安装在喷气
规律测量仪主体上的第一压力传感器和第二压力传感器传递给定容室压力信号采集模块。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，空气压缩机的出口处设置有气路截止阀。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，高压气泵的出口处设置有压力表。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，明进一步的改进在于，定容室加压与泄压模块包括背压高压气罐、第一减压阀、第二球阀、第一球阀和压力变送器；背压高压气罐产生的高压气体通过第一减压阀和第二球阀进入定容室并通过控制第一球阀控制泄压部分，在压力变送器达到目标压力并保持稳定后关闭第一球阀和第二球阀。
[0016]一种基于理想气体状态方程的喷气规律测量方法，该方法基于所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，包括以下步骤：
[0017]第一步，完成对定容室容积的测量，具体步骤如下：将测量仪主体和端盖装配完整；关闭第一球阀和第二球阀，将水经由喷气阀安装孔注入定容室直到水面与测量仪端盖下表面平齐；打开第一球阀，测量泄露水的体积；打开测量仪盖和适配器，将剩下的水取出测量体积并计入上述泄露的水的总量；重复定容室容积的测量过程并取水体积的算数平均值作为定容室的容积V；
[0018]第二步，完成对喷气规律测量仪的密封性测试，具体步骤如下：将测量仪以及测试的喷气阀安装完整，关闭第一球阀和第二球阀；打开背压高压气罐以及第一减压阀，打开第二球阀向定容室内充入适量气体，关闭第二球阀，等待十分钟直到压力变送器的示数稳定不再变化，即说明喷气规律测量仪密封型满足测试要求；打开第一球阀，排出定容室内高压气体；
[0019]第三步，完成由理想气体状态方程计算喷气质量试验方法的准确性测试，具体步骤如下：续第二步，此时压力变送器显示的定容室压力即为环境压力p1；打开背压高压气罐连接的减压阀，打开第二球阀，根据需要向定容室内充入一定量的环境气体，等待压力变送器示数稳定，记录此时定容室压力p2；根据理想气体状态方程，在定容室内V，温度T已知，通过理想气体状态方程算出进入定容室内气体的质量即将第一球阀连接排水法管路，利用排水法测量定容室内排出的气体在环境气压下的体积；根据气体的密度算出排除气体质量m，结果显示m与Δm相同，所以通过理想气体状态方程测量喷气质量是准确的；
[0020]第四步，进行喷气操作，具体操作步骤如下：续第三步，关闭第一球阀，打开第二球阀充入气体进入定容室；待定容室压力稳定，打开气路截止阀，打开测试气体高压气罐及第二减压阀，打开空气压缩机和高压气泵，控制高压气泵出口压力为指定压力并保持稳定；待喷气压力和定容室压力稳定后，根据预定的喷气条件由信号发生器传递驱动信号到喷气阀完成燃气喷气操作；
[0021]第五步，捕捉定容室内压力信号曲线，具体操作步骤如下：设置电荷放大器采集参数；经过电荷放大器的电信号传递到示波器上显示为电压信号；设置示波器参数将电压信号显示到示波器上；采集信号时，信号发生器传递给喷油器的驱动信号为触发信号，电压信号的上升沿为电压信号波形的起始端；
[0022]第六步，压力传感器采集的两个电压信号波形处理，具体操作步骤如下：根据喷气脉宽和电压信号的上升时间确定示波器采集的电压信号准确；将电压信号数据存储至上位
机，利用自己编写的算法对两个压力传感器的电压信号的数据进行平均处理，然后再用滤波、平滑和微分算法对电压信号曲线进行平滑滤波和一阶求导，获得处理后的电压波形以及电压的一阶导数波形；
[0023]第七步，计算实际喷气质量Δm与电压信号上升幅值ΔV的关系系数k，即k＝Δm/ΔV，具体操作步骤如下：已知的大多数喷气阀单次喷气质量较小，因此单次喷射后定容室内压力变化较小误差会比较大，在环境背压与喷气压力的比值小于临界压比时背压对喷气质量流率无影响，所以通过多次喷气进入定容室得到一个较大的喷气质量，计算得到单次喷气质量Δm；ΔV即为电压信号的上升幅值；得到实际喷气质量Δm与电压信号上升幅值ΔV的关系系数k，即k＝Δm/ΔV；
[0024]第八步，获得实际喷气质量流率，具体步骤如下：将第六步获得的处理后的电压波形以及电压的一阶导数波形乘上第七步中获得的实际喷气质量与电压上升幅值的关系系数k，乘上系数k的电压波形即为实际喷气质量曲线，乘上系数k的电压的一阶导数的波形即为实际喷气质量流率曲线；
[0025]第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，包括喷气规律测量仪、喷气加压模块、定容室加压与泄压模块、定容室压力信号采集模块以及压力信号后处理模块；喷气规律测量仪内部设置有定容室，喷气规律测量仪上设置有喷气阀，喷气加压模块包括空气压缩机、高压气泵、测试气体高压气罐和喷气阀，通过空气压缩机产生的压力驱动高压气泵将测试气体高压气罐中的气体压缩至目标压力，达到目标压力后保持并等待喷气阀开启；定容室加压与泄压模块用于对定容室加压或者泄压；定容室压力信号采集模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、电荷放大器和信号发生器，第一压力传感器和第二压力传感器设置在喷气规律测量仪上，定容室压力信号采集模块的信号发生器产生的驱动信号在开启喷气阀电磁阀的同时传递给压力电信号后处理模块的示波器；第一压力传感器和第二压力传感器将定容室内的压力波动转化成电容器载荷电流，信号放大器将电流信号按比例放大并转换成电压信号后传递给示波器，示波器同时呈现两个电压信号和一个驱动信号；压力信号后处理模块包括示波器和上位机，示波器把接收的压力电信号和驱动信号传递给上位机，利用上位机对第一压力传感器和第二压力传感器获得的压力电信号进行平均处理，然后再进行滤波平滑处理后得到压力电信号的曲线，对压力电信号进行一阶微分处理后得到压力变化速率曲线乘上标定实验得出的压力变化速率与喷气质量流率之间的关系系数k即可得到实际喷气规律曲线。2.根据权利要求1所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，喷气规律测量仪包括喷气规律测量仪主体，喷气规律测量仪主体内设置有定容室，喷气规律测量仪主体的顶部设置有喷气规律测量仪端盖和适配器。3.根据权利要求2所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，喷气阀喷气在定容室引起的压力波动通过安装在喷气规律测量仪主体上的第一压力传感器和第二压力传感器传递给定容室压力信号采集模块。4.根据权利要求2所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，空气压缩机的出口处设置有气路截止阀。5.根据权利要求4所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，高压气泵的出口处设置有压力表。6.根据权利要求5所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，测试气体高压气罐的出口处设置有第二减压阀。7.根据权利要求6所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，其特征在于，定容室加压与泄压模块包括背压高压气罐、第一减压阀、第二球阀、第一球阀和压力变送器；背压高压气罐产生的高压气体通过第一减压阀和第二球阀进入定容室并通过控制第一球阀控制泄压部分，在压力变送器达到目标压力并保持稳定后关闭第一球阀和第二球阀。8.一种基于理想气体状态方程的喷气规律测量方法，其特征在于，该方法基于权利要求7所述的一种简易的气体发动机喷气规律测量系统，包括以下步骤：第一步，完成对定容室容积的测量，具体步骤如下：将测量仪主体和端盖装配完整；关闭第一球阀和第二球阀，将水经由喷气阀安装孔注入定容室直到水面与测量仪端盖下表面平齐；打开第一球阀，测量泄露水的体积；打开测量仪盖和适配器，将剩下的水取出测量体
积并计入上述泄露的水的总量；重复定容室容积的测量过程并取水体积的算数平均值作为定容室的容积V；第二步，完成对喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤成龙，李全，姚晓新，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：