本實用新型屬于燃油噴霧特性模擬測試領域，具體涉及真實模擬各種發(fā)動機在多種條件下噴嘴燃油噴射特性。

背景技術：

目前國內應用定容彈研究噴霧特性比較少，且噴油管路和油泵借用現(xiàn)有發(fā)動機上結構，只能使用發(fā)動機原有設計噴油壓力，噴油溫度隨著室溫而確定，不能對比不同溫度和壓力情況下噴霧特性。另外，目前應用定容彈研究噴霧特性時，會考慮常用的一些工況條件，并且認為一些極端條件是不必考慮的，這樣的偏見阻礙了本領域技術人員研究能夠模擬極端條件的燃油噴射模擬系統(tǒng)。另外，雖然有一些研究開始開展可變壓力或可變溫度的研究，但是通常這些方案對于壓力的變換采用不同的氣體壓力罐(例如高壓氣罐和低壓氣罐)向同一個壓力泵輸送氣壓，利用氣體壓力罐的不同壓力來實現(xiàn)不同壓力的燃油噴射。這種方案壓力調節(jié)不連續(xù)，只能將燃油壓力增加到有限的幾個值，而不能連續(xù)調節(jié)燃油壓力。同時，使用多個氣體壓力罐使得系統(tǒng)體積龐大，設計復雜。更重要的是由于使用同一個泵，因此壓力可調節(jié)范圍完全依賴于氣體壓力罐的壓力范圍，使得燃油壓力可調范圍非常有限。使得這種技術方案只能模擬有限的工況，不能滿足各種工況條件下燃油噴射特性的研究。而且氣泵通常只能在一定的壓力范圍內保持較高壓力控制精度，因此使用單一氣泵難以輸出大壓力范圍，而且即使輸出較大壓力范圍，也很難在大范圍量程內全部達到較高的壓力精度。而且，目前對于燃油溫度的控制多使用水溫調節(jié)裝置。但由于水的物理特性，使得整個系統(tǒng)不能模擬低于0℃、高于100℃的工況環(huán)境。這使得系統(tǒng)模擬工況非常受限。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型采用低壓油泵和高壓油泵提供高壓燃油，通過采用一體機來調節(jié)燃油溫度。在0-10MPa壓力范圍內可以采用低壓油泵來進行增壓，壓力穩(wěn)定，在10MPa-60MPa壓力范圍采用高壓油泵進行增壓，能夠達到增壓壓力較高。另外設計一套能夠耐高壓管路提供燃油高壓。通過冷熱一體機和一套冷卻管路，冷卻介質溫度達到-20-120℃范圍，滿足燃油溫度在-10℃-100℃溫度范圍需求，同時在管路設計隔熱層，保證溫度穩(wěn)定性。

本實用新型的技術方案

燃油噴射實驗裝置，包括氣路、硅油路和燃油路三部分；氣路包括氣瓶，第一壓力調節(jié)閥，第二壓力調節(jié)閥，氣路開關S1、S2，氣瓶分別通過氣路開關S1、S2與第一壓力調節(jié)閥、第二壓力調節(jié)閥連接；第一壓力調節(jié)閥、第二壓力調節(jié)閥分別與低壓油泵、高壓油泵連接；燃油路包括低壓油泵，高壓油泵，熱交換器，油壓表，油溫表，油箱，噴油器，油路開關S3、S4；油箱分別與低壓油泵、高壓油泵連接；低壓油泵通過油路開關S3與熱交換器連接，高壓油泵通過油路開關S4與熱交換器連接；熱交換器的輸入端連接有油壓表，輸出端連接有油溫表；熱交換器輸出端還與噴油器連接；硅油路包括冷熱一體機和開關S5；冷熱一體機能夠對硅油介質進行加熱和冷卻，冷熱一體機通過硅油路開關S5與熱交換器及油箱連接。

還包括低壓泄氣閥，高壓泄氣閥。燃油路中設置隔熱層。氣瓶內的壓力為10-20MPa。還包括泄油閥。冷熱一體機包括加熱棒和壓縮機。還包括油濾器。冷熱一體機中硅油的溫度為-30℃-120℃。熱交換器中具有高壓燃油。還包括控制電路。

本實用新型發(fā)明點

(1)本實用新型通過“高壓油泵和低壓油泵”雙油泵結構，并對應設置不同調節(jié)范圍的壓力調節(jié)閥，使得低壓狀態(tài)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，同時高壓油泵壓比較大，同時保證了油壓范圍和壓力精度。

(2)通過冷熱一體機中硅油媒介，使得燃油溫度調整范圍廣泛，比常見的水控溫適用工況更廣。

(3)能夠同時連續(xù)地調節(jié)燃油的溫度和壓力，可模擬的狀態(tài)更多。

(4)高壓油泵和低壓油泵采用高壓氣體驅動，更加方便安全。且只需要一個高壓氣罐，結構更緊湊。

(5)加熱/冷卻的硅油不僅提供給熱交換器，同時還提供給油箱，提高熱轉換速度，簡化了溫控步驟，降低了溫控流程。

(6)本專利是專門的模擬系統(tǒng)，與常見的發(fā)動機系統(tǒng)并不能等同。本專利模擬系統(tǒng)是為了能夠模擬多種條件下發(fā)動機噴油特性，因此專門設置了相應的可變的噴油回路和溫控回路。而通常的發(fā)動機系統(tǒng)是為了達到更好的性能而設置固定的油路和溫度。與本實用新型發(fā)明目的、解決手段、技術效果均差異較大。

(7)根據(jù)申請人的研究，發(fā)現(xiàn)一些極端情況，例如溫度低于-10℃，或高于110℃，這些工況雖然在實際發(fā)動機工作過程中并不會出現(xiàn)，但是對于極端條件下噴霧特性的研究有利于對于噴霧特性的深入研究，同時有利于對于極端工況下發(fā)動機噴霧特性的掌握。

本實用新型達到的技術效果

(1)本實用新型通過雙油泵結構，低壓狀態(tài)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，同時高壓油泵壓比較大，能夠實現(xiàn)較高壓力，且大范圍全量程內壓力控制精度較高，使得整個測試系統(tǒng)的具有較高的適用性。(2)本實用新型通過冷熱一體機中硅油媒介，進行加熱/冷卻燃油，燃油溫度調整范圍廣泛，同時能夠滿足低溫實驗要求。(3)能夠同時連續(xù)地調節(jié)燃油的溫度和壓力，使得系統(tǒng)適用性更強，能夠模擬更多的工況。(4)本實用新型將供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)高度集成，結構緊湊，操作方便。(5)高壓油泵和低壓油泵采用高壓氣體驅動，避免了電驅動帶來的安全隱患，操作更加方便安全，節(jié)約能源。(6)加熱/冷卻的硅油不僅提供給熱交換器，同時還提供給油箱，實現(xiàn)了燃油的預加熱/冷卻，提高了熱交換器中的熱轉換速度，提高了系統(tǒng)響應速度，簡化了溫度的控制方法。(7)能夠實現(xiàn)多種工況的模擬，特別是極端工況的模擬實驗。

附圖說明

圖1為本實用新型示意圖。

氣瓶30，第一壓力調節(jié)閥11，低壓泄氣閥12，低壓油泵13，第二壓力調節(jié)閥21，高壓泄氣閥22，高壓油泵23，濾清器31，熱交換器32，油壓表33，油溫表34，油箱35，油濾器36，泄油閥37，噴油器38，冷熱一體機39，開關S1～S5

具體實施方式

可調節(jié)壓力、溫度的燃油噴射測試系統(tǒng)主要由氣瓶30(例如內部氣體壓力為10-20MPa，特別為15MPa)，壓力調節(jié)閥11(例如壓力調節(jié)范圍0-10MPa)，低壓泄氣閥12，低壓油泵13(例如壓比為1∶1)，壓力調節(jié)閥21(例如壓力調節(jié)范圍0-1MPa)，高壓泄氣閥22，高壓油泵23(例如壓比為1∶80)，濾清器31，熱交換器32，油壓表33，油溫表34，油箱35，油濾器36，泄油閥37，噴油器38，冷熱一體機39，開關S1～S5組成。低壓油泵由于壓比較小，因此所以需要初始氣壓較大才能將燃油加壓，對應壓力調節(jié)閥11的最大調節(jié)范圍應當比較大；而高壓油泵由于壓比較大，因此不需要過大的初始氣壓就可以將燃油加壓，對應壓力調節(jié)閥21的最大調節(jié)范圍應當比較小。這樣可以在保證輸出壓力滿足要求的前提下，盡可能的提高調節(jié)精度。因此，需要根據(jù)系統(tǒng)需要選擇最佳的調節(jié)閥，也是本實用新型的發(fā)明點之一。

整個系統(tǒng)根據(jù)介質為分別分成氣路、硅油路和燃油路三大部分。

氣路包括氣瓶30，壓力調節(jié)閥11，低壓泄氣閥12，壓力調節(jié)閥21，高壓泄氣閥22，氣路開關S1、S2。氣瓶30分別通過開關S1、S2與壓力調節(jié)閥11、壓力調節(jié)閥21連接，由開關控制高壓氣體是否進入壓力調節(jié)閥，從而控制是否使用低壓油泵或高壓油泵。壓力調節(jié)閥11、壓力調節(jié)閥21連接分別與低壓油泵13、高壓油泵23連接，為它們提供合適壓力的氣體。在壓力調節(jié)閥11和低壓油泵13之間具有低壓泄氣閥12，在壓力調節(jié)閥21和高壓油泵23之間具有高壓泄氣閥22，在實驗結束后排出氣路中的高壓氣體。通常本領域采用電機驅動泵進行對燃油加壓，但這樣需要較為復雜的傳動裝置，安裝拆卸均不方便，而本實用新型實施例采用氣動泵，只需要接入氣體管道即可，不需要復雜的傳動裝置，使用更加方便。

燃油路包括低壓油泵13，高壓油泵23，濾清器31，熱交換器32，油壓表33，油溫表34，油箱35，油濾器36，泄油閥37，噴油器38，油路開關S3、S4。油箱35通過油濾器36分別與低壓油泵13，高壓油泵23連接，向兩者提供待加壓燃油。燃油經(jīng)過低壓油泵13或高壓油泵23加壓后成為高壓燃油，分別由開關S3或S4控制，通過濾清器31進入熱交換器32。熱交換器32的輸入端連接有油壓表33，輸出端連接有油溫表34，分別監(jiān)控燃油壓力和溫度是否滿足設計需要。熱交換器輸出端還與噴油器38連接，符合壓力和溫度要求的燃油通過噴油器噴出，模擬發(fā)動機噴油進行實驗。熱交換器32和噴油器之間還連接有泄油閥，用來在試驗后排出燃油。

硅油路包括冷熱一體機39和開關S5。冷熱一體機39包括加熱棒和壓縮機，能夠對硅油介質進行加熱和冷卻，冷熱一體機39通過硅油路開關S5與熱交換器32連接。加熱或冷卻的硅油在開關S5的控制下進入熱交換器對其中的燃油進行加熱或冷卻。當燃油目標溫度T1與燃油的初始溫度(環(huán)境溫度)T0之間的關系滿足|T1-T0|＞10℃時，冷熱一體機39對硅油加熱或制冷至T1溫度，在將加熱/冷卻的硅油提供給熱交換器32的同時，將硅油提供給油箱35，對其中燃油進行預加熱或預冷卻，使得整個管道被預加熱或預冷卻至T1溫度，并且達到T1溫度后保持20-60分鐘后再進行測試(保持時間較短會導致系統(tǒng)溫度不穩(wěn)定，影響實驗準確性；保持時間較長會造成成本上升；經(jīng)過大量實驗優(yōu)選為30分鐘)，從而提高熱交換器中的溫度交換速度，同時可以簡化硅油溫度控制方法。例如，燃油目標溫度為100℃，而環(huán)境溫度只為20℃時，如果僅將100℃的硅油提供給熱交換器32，由于燃油的初始溫度和目標溫度相差較大，熱交換器32難以在短時間內將燃油加熱到100℃。在這種情況下，需要將硅油的溫度提高才能保證其能夠在熱交換器32中將燃油加熱到100℃。但具體硅油應該控制在多少溫度才能正好將燃油加熱到100℃需要較為復雜的算法和控制方法，過高或過低均無法達到目標溫度。本實用新型為解決這個技術問題，使用冷熱一體機39對硅油加熱或制冷至燃油的目標溫度T1，并同時將硅油提供給熱交換器32和油箱35，使得整個系統(tǒng)管道的燃油被預熱或預冷至目標溫度T1。這樣無論目標溫度是多少，只要按照目標溫度設置控制冷熱一體機39，使其將硅油加熱或冷卻至目標溫度即可，不需要任何復雜的算法和控制方法，這也是本實用新型的發(fā)明點之一。如果溫差小于10℃也可以只將硅油提供給熱交換器，這樣可以節(jié)約硅油用量。因此對于10℃這個點的溫度選擇，是申請人在大量實驗中總結出來的，平衡了效果和成本的考慮，也是發(fā)明點之一。為了能夠在預熱/預冷后保持燃油溫度不變，在燃油管道中設置隔熱層，節(jié)能的同時能夠提高溫度控制的響應速度。

低壓油泵和高壓油泵靠氣瓶內高壓氣體進行驅動，給噴油器提供所需壓力高壓油。冷熱一體機提供相應溫度硅油介質分別冷卻油箱和管路中的燃油，調整燃油溫度至目標溫度。在管路中設置油壓表和油溫表監(jiān)控燃油溫度和壓力。

硅油的凝點較低且理化特性比較穩(wěn)定，能夠在-30℃-120℃范圍進行調節(jié)，在較低溫度下硅油仍有很好的流動性燃油溫度調節(jié)范圍廣泛能到滿足較低溫度要求。例如在我國東北地區(qū)嚴寒狀態(tài)下，汽車在冷啟動的情況時，燃油溫度可能達到-20℃。如果采用水或其它物質作為熱交換媒介，將會導致結冰而無法模擬上述情況下的噴油的特性，而本實用新型采用硅油作為熱交換媒介，則可以解決這個問題。再例如，發(fā)動機氣缸內部溫度通常較高，達到400℃以上，因此通常噴油器周邊的缸套上需要設置冷卻裝置，保證噴嘴內的燃油溫度不至于過高。但如果冷卻裝置損壞，則噴油器溫度會升高從而使得噴射的燃油溫度較高，例如達到120℃。這種情況下如果使用水作為熱交換媒介，那么由于水的沸點為100℃而導致系統(tǒng)無法正常工作。而為了能夠模擬這種工況條件下噴油器的噴油狀態(tài)。因此，采用硅油能夠模擬多種工況條件。而現(xiàn)有技術通常沒有考慮過于極端的情況，模擬的工況條件相對較少，但這些工況條件也是有實際意義的。

本實用新型的操作方式為：

低壓供油模式：開關S1閉合，連通氣瓶30中的高壓氣體，旋轉壓力調節(jié)閥11至目標壓力，高壓氣體通過壓力調節(jié)閥11進入低壓油泵13，低壓油泵13的壓比為1∶1，從而使得燃油壓力增加，閉合開關S3，油箱35中低壓油經(jīng)過油濾器36進入低壓油泵13，高壓油從低壓油泵13出來經(jīng)過濾清器31進入熱交換器32進行調節(jié)溫度，進而進入噴油器進行試驗，查看油溫表34和油壓表33可以調節(jié)冷熱一體機39和壓力調節(jié)閥11，調至目標壓力和溫度，燃油經(jīng)噴油器38噴出，進行實驗。試驗完成后，關閉開關S1和S3，分別打開低壓泄氣閥12和泄油閥37進行泄氣和泄油。

高壓供油模式：開關S2閉合，連通氣瓶30中高壓氣體，旋轉壓力調節(jié)閥22至目標壓力，高壓氣體壓力調節(jié)閥22進入高壓油泵23，高壓油泵23的壓比為1∶80，燃油壓力大幅度增加，閉合開關S4，油箱35中低壓油經(jīng)過油濾器36進入高壓油泵23，高壓油從高壓油泵23出來經(jīng)過濾清器31進入熱交換器32進行調節(jié)溫度，進而進入噴油器進行試驗，查看油溫表34和油壓表33可以調節(jié)冷熱一體機39和壓力調節(jié)閥22，調至目標壓力和溫度，燃油經(jīng)噴油器38噴出，進行實驗。試驗完成后，關閉開關S2和S4，分別打開泄氣閥22和泄油閥37進行泄氣和泄油。

通常由于需要模擬的發(fā)動機不同，噴嘴不同，其噴出的燃油油壓差別較大。本實用新型采用高壓油和低壓油泵協(xié)同工作，在0-10Mpa工作范圍內采用低壓泵，低壓泵壓力穩(wěn)定控制精度高，能夠精確模擬低壓噴嘴噴射情況；在高于10Mpa采用高壓泵，能達到較高壓力，能夠模擬高壓噴嘴噴射情況。因此，能夠適應各個壓力下噴霧特性的研究，且能夠維持穩(wěn)定壓力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和模擬精度，能夠真實模擬各種類型發(fā)動機、各種噴油壓力下的噴霧特性，使得系統(tǒng)的適用性較高。

在上述過程中，燃油溫度調節(jié)通過如下方式實現(xiàn)：冷熱一體機39啟動，調節(jié)冷熱一體機39媒介溫度至目標溫度，開關S5閉合，硅油進入熱交換器32和油箱35冷卻/加熱燃油。硅油的凝點較低且理化特性比較穩(wěn)定，能夠在-30℃-120℃范圍進行調節(jié)，在較低溫度下硅油仍有很好的流動性燃油溫度調節(jié)范圍廣泛能到滿足較低溫度要求。硅油是通過冷熱一體機設備進行調節(jié)溫度，在高溫實驗時，通過冷熱一體機加熱棒提高硅油溫度，設定好目標硅油溫度，硅油達到目標溫度后，開關S5閉合，打開硅油管路，硅油通過油泵提供壓力進入熱交換器32加熱燃油，提供燃油溫度域場，使燃油達到需求溫度。在進行低溫試驗時，設定需求硅油的目標溫度后，冷熱一體機39通過壓縮機制冷，冷卻硅油溫度，硅油溫度最低能達到-30℃，硅油達到目標溫度后，開關S5閉合，打開硅油管路，硅油通過油泵提供壓力進入熱交換器32，冷卻燃油進行試驗。通過加熱棒和壓縮機對硅油介質進行加熱和冷卻，硅油在交換器中提供燃油恒溫油域，調節(jié)燃油溫度，能夠快捷且準確的調節(jié)燃油溫度，燃油溫度調節(jié)范圍廣泛，能夠充分滿足燃油溫度需求。

具體模擬噴油器噴射燃油的方法流程為：

(1)用戶設定需要模擬的噴油器噴射燃油的目標壓力和目標溫度。也可以根據(jù)發(fā)動機及噴油器的型號及所處工況進行查表，獲得待模擬的噴射燃油的目標壓力和目標溫度?？墒孪葘⒍喾N發(fā)動機及噴油器型號及其所處不同工況條件下燃油的壓力和溫度制作成對應的數(shù)據(jù)表。這樣可以方便用戶直接選擇，操作更加簡單。

(2)冷熱一體機啟動，調節(jié)冷熱一體機媒介溫度至目標溫度，開關S5閉合，硅油進入熱交換器和油箱冷卻或加熱燃油；

(3)使得燃油保持目標溫度后30分鐘；

(4)根據(jù)燃油目標壓力選擇上述低壓供油模式或高壓供油模式進行供油，通過噴油器進行噴射，模擬噴油器噴油狀態(tài)，進行噴霧特性研究。