一种真实尺寸测试用喷油嘴、真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统及方法

摘要

本发明公布了一种真实尺寸测试用喷油嘴，包括真实尺寸的喷油嘴本体，喷油嘴本体的头部一侧喷孔处镶嵌有透明视窗，透明视窗上设置有喷孔；透明视窗上的喷孔直径与喷油嘴本体头部另一侧喷孔直径一致，透明视窗一侧的喷孔与喷油嘴本体头部另一侧喷孔长度一致。及采用该喷油嘴的真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统和测试方法，可实现共轨喷油器真实喷射压力下的真实尺寸喷油嘴喷孔内部流动特性的测试研究，解决了利用比例放大透明油嘴和模拟计算手段研究喷油嘴喷孔内部流动特性的缺陷，同时可实现不同工况下喷孔内部流动特性的瞬态测试研究，测量共轨喷油器真实喷射压力下的真实尺寸喷油嘴喷孔内部流动特征，为共轨喷油嘴设计研究提供测量装置和方法。

说明书

技术领域

本发明属于内燃机燃油喷射系统领域，尤其是喷油嘴内部流动可视化领域，特别是涉及一种真实尺寸测试用喷油嘴和真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统及方法。

背景技术

现有技术中主要是基于比例放大透明油嘴和模拟计算来研究喷油嘴喷孔内部流动特性。专利（CN201310416904.8）公开了一种可同步实现喷嘴内部流动影响因素瞬态测量的试验装置及方法，但是该专利是基于比例放大透明油嘴来进行试验研究，可实现的喷射压力远远低于真实的共轨压力，喷油嘴的几何尺寸也被放大10倍以上。

无论是比例放大透明油嘴还是模拟计算，都是基于不同的假设或者方法论，难以描述真实工作压力下共轨喷油嘴的内部空化特征。这是因为对高喷射压力下的共轨喷油嘴喷孔内部空化特征的影响绝不仅仅取决于空化和雷诺数，也取决于真实的喷射压力环境和空穴结构在喷孔内部的停滞时间。

但是由于真实尺寸喷油嘴头部的尺寸太小，一般为3mm左右，特别是对于多孔喷油嘴在头部喷孔之间的距离一般不到1mm，喷孔直径一般在0.12-0.22mm；同时真实共轨系统喷射压力可达到30-200MPa，甚至更高，现有技术难以加工满足测试压力和几何尺寸条件的全透明喷油嘴。因此，需要设计一种满足研究需要的测试用喷油嘴，并开发相应的测试系统和方法，为喷油嘴的设计研究提供试验手段，从而提高产品的性能。

发明内容

本发明目的在于针对现有的比例放大透明油嘴和模拟计算来研究喷油嘴喷孔内部流动特性的缺陷，提供一种能够实现真实的喷射压力环境下真实尺寸喷油嘴喷孔内部空穴特征的瞬态测量的真实尺寸测试用喷油嘴和真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统及方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种真实尺寸测试用喷油嘴，包括真实尺寸的喷油嘴本体，其特征在于：所述喷油嘴本体的头部一侧喷孔处镶嵌有透明视窗，所述透明视窗上设置有喷孔；所述透明视窗上的喷孔直径与喷油嘴本体头部另一侧喷孔直径一致，所述透明视窗一侧的喷孔与喷油嘴本体头部另一侧喷孔长度一致。

其进一步特征在于：所述透明视窗一侧的喷孔保留部分喷油嘴本体的原喷孔，所述透明视窗位于所述原喷孔外侧。

进一步的：所述透明视窗材质为金刚石玻璃，厚度为0.6~0.85mm，所述原喷孔长度为0.05~0.15mm。

一种采用上述真实尺寸测试用喷油嘴的真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统，其特征在于：其包括设置在定容弹内的真实尺寸测试用喷油嘴，所述真实尺寸测试用喷油嘴通过ECU控制，连接高压共轨喷射系统；所述高压共轨喷射系统由所述ECU控制，提供多种燃油喷射方式；所述定容弹具有透明外壁，所述定容弹一侧设置有采集所述真实尺寸测试用喷油嘴喷射瞬态的图像采集装置，所述定容弹与高压气体供给装置相连，模拟真实的缸内环境。

所述图像采集装置包括带长焦距显微镜头的高速相机和数据采集系统；所述高速相机与所述ECU连接，由ECU控制工作；所述数据采集系统与高速相机相连，用于采集高速相机拍摄的喷油嘴喷射瞬态的图像。

所述ECU与闪光灯连接，控制所述闪光灯与高速相机同步工作。

所述高压气体供给装置包括空压机、高压氮气瓶和减压阀；所述空压机将空气中的氮气压缩后存储入所述高压氮气瓶，再经减压阀减压后输入所述定容弹内。

一种采用上述真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统的真实尺寸喷油嘴内部流动的测试方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）所述高压气体供给装置向所述定容弹输入高压气体，模拟真实的缸内高压环境；

（2）所述ECU控制高压共轨喷射系统和真实尺寸测试用喷油嘴，根据不同的喷射策略，进行不同形式的喷射燃油；

（3）所述ECU在控制真实尺寸测试用喷油嘴喷射燃油同时，同步控制所述图像采集装置工作采集所述真实尺寸测试用喷油嘴喷射瞬态图像，实现不同测试条件下的共轨喷油嘴喷孔内部空化特征的瞬态测试。

本发明所述真实尺寸测试用喷油嘴。该喷油嘴采用的是金刚石玻璃视窗，金刚石玻璃是一种特种玻璃，透明度高，可见光透光率达到95%以上，满足光学测试条件；金刚石玻璃的莫氏硬度高、耐高温、耐磨损、抗氧化且化学稳定性高，不会与测试介质发生反应，满足测试条件和稳定性需求。采用该喷油嘴的测量系统及方法可实现共轨喷油器真实喷射压力下的真实尺寸喷油嘴喷孔内部流动特性的测试研究，解决了利用比例放大透明油嘴和模拟计算手段研究喷油嘴喷孔内部流动特性的缺陷，同时可实现不同工况下喷孔内部流动特性的瞬态测试研究，测量共轨喷油器真实喷射压力下的真实尺寸喷油嘴喷孔内部流动特征，为共轨喷油嘴设计研究提供测量装置和方法。

附图说明

图 1 为本发明真实尺寸测试用喷油嘴头部示意图。

图 2 为本发明真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统示意图。

具体实施方式

如图1所示一种真实尺寸测试用喷油嘴，采用真实尺寸的喷油嘴，所述喷油嘴包括针阀1和针阀体2，将针阀体2头部磨去特定的部分，同时用具有相同直径喷孔的金刚石玻璃视窗3镶嵌替代，所述金刚石玻璃视窗3厚度根据喷油嘴的喷孔长度确定，设定为0.6~0.85mm；所述金刚石玻璃视窗3所带喷孔直径与所述喷油嘴喷孔直径一致。原针阀体头部磨去喷孔的位置预留有一定厚度的原喷孔4，长度为0.05~0.15mm。

如图2所示，采用上述真实尺寸测试用喷油嘴的真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统，包括设置在定容弹内的真实尺寸测试用喷油嘴，所述真实尺寸测试用喷油嘴通过ECU控制，连接高压共轨喷射系统；所述高压共轨喷射系统由所述ECU控制，提供多种燃油喷射方式；所述定容弹具有透明外壁，所述定容弹一侧设置有采集所述真实尺寸测试用喷油嘴喷射瞬态的图像采集装置，所述定容弹与高压气体供给装置相连，模拟真实的缸内环境。

所述图像采集装置包括带长焦距显微镜头的高速相机和数据采集系统；所述高速相机与所述ECU连接，由ECU控制工作；所述数据采集系统与高速相机相连，用于采集高速相机拍摄的喷油嘴喷射瞬态的图像。所述ECU与闪光灯连接，控制所述闪光灯与高速相机同步工作。

所述高压气体供给装置包括空压机、高压氮气瓶和减压阀；所述空压机将空气中的氮气压缩后存储入所述高压氮气瓶，再经减压阀减压后输入所述定容弹内。

一种采用上述真实尺寸喷油嘴内部流动的测试系统的真实尺寸喷油嘴内部流动的测试方法，包括下述步骤：

（1）所述高压气体供给装置向所述定容弹输入高压气体，模拟真实的缸内高压环境；

（2）所述ECU控制高压共轨喷射系统和真实尺寸测试用喷油嘴，根据不同的喷射策略，进行不同形式的喷射燃油；

（3）所述ECU在控制真实尺寸测试用喷油嘴喷射燃油同时，同步控制所述图像采集装置工作采集所述真实尺寸测试用喷油嘴喷射瞬态图像，实现不同测试条件下的共轨喷油嘴喷孔内部空化特征的瞬态测试。

上述方法通过高压共轨喷射系统调节灵活不同的喷射策略，实现不同工况下的测试研究。通过高压氮气瓶调节定容弹中的环境压力以模拟真实的缸内环境。定容弹的透明侧面，以保证高速相机的瞬态取像。通过设置调节高压共轨喷射系统和高速相机及数据采集系统的同步实时触发，实现不同测试条件下的共轨喷油嘴喷孔内部空化特征的瞬态测试。