[发明专利]测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法

说明书

本发明公开了测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法，包括气瓶、减压阀、管道、气阀1、稳压气室、燃气喷射阀、喷射阀阀座、喷管、定容气室、压力传感器、温度传感器、喷射阀驱动器、数据采集卡、计算机以及气阀2；气瓶与稳压气室通过管道相连接，管道上装有减压阀和气阀1；定容气室为固定容积的刚性气室，喷管通过特殊加工的接头伸入气室，使定容气室与燃气喷射阀相连接；定容气室安装有压力传感器及温度传感器，通过数据采集装置将传感器数据传送给计算机进行处理；定容气室还装有排气用的管道，管道上安装气阀2。本发明适用于天然气发动机燃气喷射规律的测量但不限气体种类，采用定容积法，可以实现燃气喷射规律单次喷射的测量。

技术领域

本发明属于发动机燃气喷射测量装置研究领域，具体涉及测量天然气发动机燃气喷射规律的装置及其试验方法。

技术背景

随着内燃机对能源的消耗量不断增加，排放污染问题日益严重，因此，如何减少有害气体的排放成为了研究热点。天然气资源储量丰富，价格低廉，并且适用性很强，它既可以汽油机上工作，用火花点燃方式点燃，又可以在高压缩比的柴油机上工作。天然气燃烧后形成的排放物中氮氧化物及硫氧化物的含量都远远低于柴油的燃烧产物。故而，作为理想的替代燃料，天然气在发动机上被广泛使用。

在天然气发动机中，为了降低碳氢的排放，缸内直喷技术以及进气道多点喷射渐渐地受到重视。在采用高压直喷的燃气系统中，喷射规律影响着燃烧特性，并且，燃气喷射阀的喷射规律决定了燃气进气速率及单循环燃气的最大进气质量，直接影响了发动机的动力性、经济性及排放特性。因此，掌握实际进气道内的燃气喷射过程以及喷射规律有利于直喷技术的利用和发展，进一步解决天然气发动机功率不足的问题，并且降低排放以及提高燃油经济性。

国内外针对燃气喷射规律等喷射特性的测量尚未有可广泛应用的成熟的测量技术或装置，目前来看，针对单次喷气量以及稳态流量的测量的测量燃气喷射阀喷气特性的方法主要有排水法、质量流量计法和称重法等：

1)排水法：排水法的原理是根据喷嘴喷气时排出的水量，经换算后得到喷气的体积。喷嘴单次喷射出的体积较小，需连续多次喷射后称量，最后计算平均值。利用排水法测得的误差较小，但仅能测出单次的喷气总量。

2)质量流量计法：质量流量计法是指在喷射装置处安装质量流量计，在喷射稳定后，用流量计测量，计算机处理出结果。质量流量计法测量的误差较小，一般用于测试喷射阀稳态流量。

3)称重法：称重法仅适用于发动机台架测试，且误差较大，精度难以保证。

除此之外，定容积法也适用于燃气喷射规律的测量，且测量精度可以保证。定容积法是指用一定的压力向固定容积的气室内喷射气体，通过气室内的压力变化来计算出喷射规律。结合气体状态方程等公式进行推导，得到公式其中dm就是燃气喷射阀的瞬时质量流率，即喷射规律。

综上所述，天然气发动机的应用越来越广泛，而掌握燃气喷射规律有利于缸内直喷技术的发展，从而促进天然气发动机技术的应用，因此，发明一种适用于天然气发动机燃气喷射规律的测量装置及其试验方法很有必要。

发明内容

本发明提出了一种用于测量天然气发动机燃气喷射规律的试验装置及其试验方法，该试验装置基于定容积法，可实现发动机短脉宽喷射的喷气阀喷射规律的测量，且不限于天然气发动机，不限气体种类。本发明的技术解决方案如下：

测量天然气发动机燃气喷射规律的装置，具体包括气瓶(1)、减压阀(2)、管道(3)、气阀1(4)、稳压气室(5)、燃气喷射阀(6)、喷射阀阀座(7)、喷管(8)、定容气室(9)、压力传感器(10)、温度传感器(11)、喷射阀驱动器(12)、数据采集卡(13)、计算机(14) 以及气阀2(15)。