天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域的一種天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置及其控制方法，包括噴射組合器、定容彈、天然氣噴射器、柴油噴射器、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)Ⅰ、ECU、激光器、同步器、相機(jī)Ⅰ、相機(jī)Ⅱ、反射鏡和分光鏡；天然氣噴射器和柴油噴射器固定安裝在噴射組合器內(nèi)，噴射組合器安裝在定容彈頂部，供氣系統(tǒng)與天然氣噴射器連接，供油系統(tǒng)柴油噴射器連接，ECU控制天然氣噴射器和柴油噴射器的開關(guān)，計(jì)算機(jī)Ⅰ通過同步器控制激光器與相機(jī)Ⅰ和相機(jī)Ⅱ同時(shí)工作。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)雙燃料的噴射混合，再利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，捕獲清晰的噴霧形態(tài)圖像，在管路中安裝加熱裝置、溫度壓力傳感器、電磁流量計(jì)，以研究燃料的狀態(tài)對噴霧混合特性的影響。
【專利說明】
天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)消耗和生活消費(fèi)的擴(kuò)張，我國對能源需求持續(xù)上升，而化石資源，如柴油、汽油的過度開發(fā)所造成的問題日益凸顯。能源、環(huán)境危機(jī)的不斷加深，嚴(yán)重影響了我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的健康快速發(fā)展。此外，我國環(huán)保法規(guī)不斷升級，國四排放已全面實(shí)施，對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)影響甚大。由此可見，開發(fā)和利用清潔能源勢在必行。天然氣作為一種清潔的代用燃料，在我國的儲(chǔ)量相對較豐富。其主要成分是甲烷，和柴油相比有較高的熱值。研究(SAE981160)中表明，甲烷在2ms內(nèi)自燃的溫度至少要達(dá)到1200K，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能達(dá)到的溫度(850K?950K)，因此，需要靠電火花點(diǎn)火或者柴油引燃技術(shù)為天然氣燃燒提供能量。近幾十年來，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究取得了較大進(jìn)展。加拿大Westport公司，美國BKM公司均提出了“微引燃”雙燃料系統(tǒng)，用少量的引燃柴油為天然氣提供能量。研究(SAE 1999-01-3556)發(fā)現(xiàn)，在高壓直噴柴油機(jī)中利用柴油引燃天然氣能夠獲得較低的排放和較高的熱效率，為天然氣在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的應(yīng)用提供了有效的依據(jù)。柴油引燃天然氣工作過程是，先在缸內(nèi)噴射少量柴油作為引燃劑，柴油在活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)過程中被壓燃形成火焰，隨后主燃料天然氣以較高的壓力噴入缸內(nèi)燃燒作功。在文獻(xiàn)(SAE981400)中，Ouellette等人提到的噴射系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的噴油器中增加一個(gè)閥套，閥套既充當(dāng)柴油噴油器的閥體，又充當(dāng)天然氣噴射器的針閥。公開號為US5996558的專利提出了利用兩套噴嘴的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，成本高。國內(nèi)關(guān)于這方面的專利很少，專利公開號為ZL 200410016233.7的專利提出的一種雙燃料噴油栗以及專利公開號為ZL 200510017269.1提出的雙燃料噴嘴均無法實(shí)現(xiàn)CNG/柴油缸內(nèi)直噴技術(shù)。專利公開號為ZL 201310019736.9的專利提出了一種實(shí)現(xiàn)天然氣柴油雙燃料的噴射裝置和方法。該專利在針閥和閥體組成的噴嘴偶件基礎(chǔ)上，增加一個(gè)閥套零件組成的噴嘴，三個(gè)零件之間互為偶件，實(shí)現(xiàn)了天然氣/柴油同軸噴射技術(shù)。但是該噴射器的加工精度要求極高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)目前很難實(shí)現(xiàn)。
[0003]上述專利提到的雙燃料噴射裝置和方法，無法實(shí)現(xiàn)柴油引燃天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)。目前該技術(shù)的核心都被國外企業(yè)所壟斷，國內(nèi)尚處于技術(shù)空白。面對日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境危機(jī)，迫切的需要開發(fā)清潔能源的應(yīng)用技術(shù)。因此，非常有必要開發(fā)環(huán)保效益突出、動(dòng)力性能強(qiáng)勁的柴油引燃天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置及其控制方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)柴油天然氣雙燃料噴射的噴射組合器，并將其安裝于定容彈頂部，并與一套天然氣供給系統(tǒng)和一套柴油供給系統(tǒng)相連，通過一套ECU控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙燃料的噴射混合，再利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，捕獲清晰的噴霧形態(tài)圖像，同時(shí)在管路中安裝加熱裝置、溫度壓力傳感器、電磁流量計(jì)，以研究燃料的狀態(tài)對噴霧混合特性的影響。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，包括噴射組合器、定容彈、天然氣噴射器、柴油噴射器、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)1、ECU、激光器、同步器、相機(jī)1、相機(jī)Π、反射鏡和分光鏡；
[0006]所述噴射組合器可拆卸的安裝在定容彈的頂部，所述噴射組合器內(nèi)設(shè)有與定容彈測試區(qū)域相通的安裝孔I和安裝孔Π;所述天然氣噴射器固定安裝在安裝孔I上，所述柴油噴射器固定安裝在安裝孔Π上；
[0007]所述供氣系統(tǒng)與天然氣噴射器的進(jìn)口相連接;所述供油系統(tǒng)與所述柴油噴射器的進(jìn)口相連接；
[0008]所述反射鏡位于定容彈的側(cè)面窗口，分光鏡位于定容彈的正面窗口；所述相機(jī)I和相機(jī)Π分別正對著分光鏡的兩個(gè)鏡面;所述計(jì)算機(jī)I與同步器的輸入端電連接、同步器的輸出端分別與激光器、相機(jī)I和相機(jī)Π電連接；
[0009]所述ECU包括收發(fā)模塊、天然氣噴射器控制模塊和柴油噴射器控制模塊;所述收發(fā)模塊與計(jì)算機(jī)I電連接、將從計(jì)算機(jī)I接收的信號傳送到天然氣噴射器控制模塊和柴油噴射器控制模塊，所述天然氣噴射器控制模塊與天然氣噴射器電連接、用于控制天然氣噴射器的開關(guān)，所述柴油噴射器控制模塊與柴油噴射器電連接、用于控制柴油噴射器的開關(guān)，收發(fā)模塊在給天然氣噴射器和柴油噴射器發(fā)射信號的同時(shí)，也將該信號傳送到計(jì)算機(jī)I，計(jì)算機(jī)I通過同步器控制激光器發(fā)射激光而相機(jī)I和相機(jī)Π同時(shí)拍攝照片。
[0010]上述方案中，所述供氣系統(tǒng)包括天然氣罐和丙酮發(fā)生器;所述丙酮發(fā)生器包括進(jìn)氣口 I和出氣口；所述進(jìn)氣口 I通過高壓金屬軟管與天然氣罐連接；出氣口通過高壓氣管與天然氣噴射器連接；
[0011]所述出氣口與天然氣噴射器連接的高壓氣管上設(shè)有丙酮濃度計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器I和流量計(jì)；
[0012]所述丙酮發(fā)生器的底部置于水浴加熱器內(nèi)。
[0013]上述方案中，所述供油系統(tǒng)包括高壓油軌、高壓油栗、油箱、和計(jì)算機(jī)Π;所述高壓油栗的一端與油箱連接，另一端與高壓油軌的一端連接，高壓油軌的另一端通過高壓油管與柴油噴射器連接;所述高壓油軌上安裝有壓力傳感器Π;高壓油軌與柴油噴射器連接的高壓油管上安裝有壓力表I;
[0014]所述計(jì)算機(jī)Π分別與高壓油栗和壓力傳感器Π電連接，根據(jù)壓力傳感器Π檢測到的高壓油軌內(nèi)的液油壓力信號，來控制高壓油栗對高壓油軌的供油量。
[0015]上述方案中，所述噴射組合器還包括微通道;所述微通道的一端與天然氣噴射器的出口相通，另一端與定容彈測試區(qū)域相通。
[0016]進(jìn)一步的，所述微通道和定容彈測試區(qū)域相通的一端與柴油噴射器出口的軸心距為 5mm。
[0017]進(jìn)一步的，所述噴射組合器的頂部包括環(huán)形臺(tái)階I，所述環(huán)形臺(tái)階I的圓周設(shè)有螺紋孔，所述噴射組合器通過螺紋孔與螺栓固定在定容彈的頂部；
[0018]所述環(huán)形臺(tái)階I的下方還設(shè)有環(huán)形臺(tái)階Π，環(huán)形臺(tái)階Π的底部設(shè)有石墨墊圈。
[0019]上述方案中，所述噴射組合器還包括夾具;所述夾具為“工”字型，所述夾具的兩側(cè)設(shè)有開口的卡槽，所述天然氣噴射器和柴油噴射器分別卡在卡槽上，所述夾具上設(shè)有兩個(gè)中心對稱的通孔，所述夾具還設(shè)有兩根長螺栓，兩根長螺栓穿過所述通孔后旋進(jìn)噴射組合器底部的螺紋孔并緊固。
[0020]—種根據(jù)上述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0021]S1、將試驗(yàn)用的所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置安裝連接；
[0022]S2、對相機(jī)1、相機(jī)Π進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)束后安裝定容彈，并檢查氣密性；
[0023]S3、開啟供氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)值；
[0024]S4、通過ECU調(diào)節(jié)天然氣/柴油的噴射策略，在天然氣噴射器和柴油噴射器開始工作的瞬間，將噴射脈沖信號發(fā)射給計(jì)算機(jī)I，計(jì)算機(jī)I通過同步器分別控制激光器、相機(jī)I和相機(jī)π同時(shí)開始工作；
[0025]S5、根據(jù)拍攝的圖像，調(diào)節(jié)氣體的濃度，以及相機(jī)增益，以獲取質(zhì)量最佳的圖像；
[0026]S6、獲得噴霧圖像，用MATLAB軟件進(jìn)行圖像處理后，再進(jìn)行雙燃料射流的混合特性的研究分析。
[0027]上述方案中，所述步驟S3具體為:開啟供氣系統(tǒng)，打開天然氣罐，天然氣通過高壓金屬軟管進(jìn)入丙酮發(fā)生器的丙酮液面下，天然氣與丙酮充分混合后經(jīng)氣體導(dǎo)管流出，途徑丙酮濃度計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器I和流量計(jì)，抵達(dá)天然氣噴射器，調(diào)節(jié)水浴加熱器溫度、丙酮液體的加入量和供氣壓力，獲取滿足實(shí)驗(yàn)濃度要求的天然氣/丙酮蒸汽混合氣；
[0028]開啟供油系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)Π根據(jù)壓力傳感器Π檢測到的高壓油軌內(nèi)的液油壓力信號，來控制高壓油栗對高壓油軌的供油量，調(diào)節(jié)壓力至實(shí)驗(yàn)值，保持恒定。
[0029]上述方案中，所述步驟S4具體為:計(jì)算機(jī)I控制ECU調(diào)節(jié)天然氣噴射器和柴油噴射器的噴射脈寬、噴射相位，以及噴射頻率，在天然氣噴射器和柴油噴射器開始工作的瞬間，將噴射脈沖信號發(fā)射給計(jì)算機(jī)I，計(jì)算機(jī)I通過同步器分別控制激光器、相機(jī)I和相機(jī)Π同時(shí)開始工作;激光器發(fā)射的激光通過反光鏡射入定容彈的試驗(yàn)區(qū)域，遇到柴油噴霧會(huì)產(chǎn)生米氏散射，激光遇到天然氣/丙酮射流時(shí)，丙酮會(huì)受到激發(fā)而發(fā)出熒光，其熒光強(qiáng)度與丙酮濃度成正比，這兩束波長不同的光經(jīng)定容彈正面窗口發(fā)出通過分光鏡時(shí)，被分開分別由相機(jī)I和相機(jī)Π接收。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031 ] 1、本發(fā)明通過雙燃料噴射組合器實(shí)現(xiàn)了雙燃料的噴射混合策略，為天然氣缸內(nèi)直噴柴油引燃發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0032]2、本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種丙酮發(fā)生器，并且可以通過溫度和加入丙酮的計(jì)量來控制丙酮的濃度，并通過丙酮濃度計(jì)來精確測量丙酮濃度。
[0033]3、本發(fā)明采用雙燃料噴射組合器，并設(shè)計(jì)了一套雙燃料控制ECU系統(tǒng)，使其能夠分別控制天然氣噴射器和柴油噴射器，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性大大提高;不僅可以開展雙燃料相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，還將適用于柴油單燃料和天然氣單燃料的射流混合燃燒實(shí)驗(yàn)研究。
[0034]4、本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙燃料噴射組合器，通過微通道將天然氣噴束與柴油噴束導(dǎo)到一起，其軸心距為5mm，能夠模擬發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的雙燃料噴射情況。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式噴射組合器三維結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式噴射組合器三維截面圖；
[0038]圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式噴射組合器二維截面圖；
[0039]圖5為本發(fā)明一實(shí)施方式夾具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖6為本發(fā)明一實(shí)施方式丙酮發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖；
[0041 ]圖7為本發(fā)明一實(shí)施方式實(shí)施提供的天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究方法的流程圖。
[0042]圖中:1、噴射組合器;2、定容彈;3、分光鏡;4、相機(jī)I;5、相機(jī)Π ; 6、激光器;7、同步器;8、計(jì)算機(jī)1;9、計(jì)算機(jī)Π ;10、高壓油軌；11、ECU;12、壓力表1;13、壓力表Π ;14、高壓油管；15、反射鏡；16、流量計(jì)；17、壓力傳感器I; 18、溫度傳感器；19、丙酮濃度計(jì)；20、高壓氣管;21、氮?dú)馄?22、丙酮發(fā)生器;23、天然氣罐;24、壓力傳感器Π ;26、天然氣噴射器;27、柴油噴射器;28、夾具;29、卡槽;30、通孔;31、安裝孔I ;32、安裝孔Π ;33、微通道;34、環(huán)形臺(tái)階1;35、螺紋孔;36、環(huán)形臺(tái)階Π ;37、進(jìn)氣口 1;38、進(jìn)氣口 Π ;39、出氣口；40、備用安裝口41、卸液口； 42、支架;43、水浴加熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0044]圖1為本發(fā)明所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置的一種實(shí)施方式，所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，包括噴射組合器1、定容彈2、天然氣噴射器26、柴油噴射器27、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)I8、E⑶11、激光器6、同步器7、相機(jī)14、相機(jī)Π 5、反射鏡15和分光鏡3。
[0045]所述噴射組合器I可拆卸的安裝在定容彈2的頂部，通過螺栓壓緊密封;所述噴射組合器I內(nèi)設(shè)有與定容彈2測試區(qū)域相通的安裝孔131和安裝孔Π 32;所述天然氣噴射器26固定安裝在安裝孔131上，所述柴油噴射器27固定安裝在安裝孔Π 32上，構(gòu)成雙燃料噴射組合器，如圖2和圖3所不。
[0046]所述供氣系統(tǒng)與天然氣噴射器26的進(jìn)口相連接;所述供油系統(tǒng)與所述柴油噴射器27的進(jìn)口相連接。
[0047]所述反射鏡15位于定容彈2的側(cè)面窗口，分光鏡3位于定容彈2的正面窗口；所述相機(jī)14和相機(jī)Π 5分別正對著分光鏡3的兩個(gè)鏡面;所述計(jì)算機(jī)18與同步器7的輸入端電連接、同步器7的輸出端分別與激光器6、相機(jī)14和相機(jī)Π 5電連接。相機(jī)14和相機(jī)Π 5為ICXD相機(jī)。
[0048]所述ECUll包括收發(fā)模塊、天然氣噴射器控制模塊和柴油噴射器控制模塊;所述收發(fā)模塊與計(jì)算機(jī)18電連接、將從計(jì)算機(jī)18接收的信號傳送到天然氣噴射器控制模塊和柴油噴射器控制模塊，所述天然氣噴射器控制模塊與天然氣噴射器26電連接、用于控制天然氣噴射器26的開關(guān)，所述柴油噴射器控制模塊與柴油噴射器27電連接、用于控制柴油噴射器27的開關(guān)，收發(fā)模塊在給天然氣噴射器26和柴油噴射器27發(fā)射信號的同時(shí)，也將該信號傳送到計(jì)算機(jī)18，計(jì)算機(jī)18通過同步器7控制激光器6發(fā)射激光而相機(jī)41和相機(jī)5 Π同時(shí)拍攝照片。
[0049]所述供氣系統(tǒng)包括天然氣罐23和丙酮發(fā)生器22;如圖6所示，所述丙酮發(fā)生器22包括進(jìn)氣口 137、進(jìn)氣口 Π 38、出氣口 39、安裝口 40和卸液口 41;所述進(jìn)氣口 137通過高壓金屬軟管與天然氣罐23連接；出氣口39通過高壓氣管20與天然氣噴射器26連接;所述出氣口39與天然氣噴射器26連接的高壓氣管20上設(shè)有丙酮濃度計(jì)19、溫度傳感器18、壓力傳感器117和流量計(jì)16，能測出工質(zhì)的狀態(tài);所述丙酮發(fā)生器22的底部通過支架42置于水浴加熱器43內(nèi)。所述進(jìn)氣口 Π 38為備用進(jìn)氣口，在該試驗(yàn)中，所述進(jìn)氣口 Π 38用封頭封住。所述安裝口40位于丙酮發(fā)生器22的頂部，為備用的溫度壓力傳感器安裝口；所述卸液口 41位于丙酮發(fā)生器22的底部，通過卸液口 41可將丙酮排出。
[0050]所述供油系統(tǒng)包括高壓油軌10、高壓油栗、油箱、和計(jì)算機(jī)Π9;所述高壓油栗的一端與油箱連接，另一端與高壓油軌10的一端連接，高壓油軌10的另一端通過高壓油管與柴油噴射器27連接;所述高壓油軌10上安裝有壓力傳感器Π 24;高壓油軌10與柴油噴射器27連接的高壓油管上安裝有壓力表112;所述計(jì)算機(jī)Π9分別與高壓油栗和壓力傳感器Π24電連接，根據(jù)壓力傳感器Π 24檢測到的高壓油軌10內(nèi)的液油壓力信號，來控制高壓油栗對高壓油軌10的供油量。
[0051]如圖4所示，所述噴射組合器I還包括微通道33;所述微通道33的一端與天然氣噴射器26的出口相通，另一端與定容彈2測試區(qū)域相通。在試驗(yàn)過程中，柴油通過柴油噴射器27直接噴射到定容彈2內(nèi)，天然氣則由天然氣噴射器26噴出經(jīng)微通道33進(jìn)入定容彈2內(nèi)。所述微通道33和定容彈2測試區(qū)域相通的一端與柴油噴射器27出口的軸心距為5mm，能夠模擬發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的雙燃料噴射情況。
[0052]所述噴射組合器I的頂部包括環(huán)形臺(tái)階134，所述環(huán)形臺(tái)階134的圓周設(shè)有螺紋孔35，所述噴射組合器I通過螺紋孔35與螺栓固定在定容彈2的頂部。
[0053]所述環(huán)形臺(tái)階134的下方還設(shè)有環(huán)形臺(tái)階Π 35，環(huán)形臺(tái)階Π 35的底部設(shè)有石墨墊圈。整個(gè)噴射組合器I由螺栓固定在定容彈2頂部，并通過石墨墊圈密封。
[0054]所述噴射組合器I還包括夾具28;所述夾具為“工”字型，如圖5所示;所述夾具28的兩側(cè)設(shè)有開口的卡槽29，所述天然氣噴射器26和柴油噴射器27分別卡在卡槽29上，所述夾具28上設(shè)有兩個(gè)中心對稱的通孔30，所述夾具28還設(shè)有兩根長螺栓，兩根長螺栓穿過所述通孔30后旋進(jìn)噴射組合器I底部的螺紋孔并緊固。
[0055]在試驗(yàn)過程中還需要用到氮?dú)馄?1，氮?dú)馄?1通過高壓氣管與定容彈2連接，所述氮?dú)馄?1與定容彈2連接的高壓氣管上安裝有壓力表Π 13。氮?dú)馄?1為定容彈2提供背壓。
[0056]本發(fā)明還提供了一種天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究的測試方法，將天然氣噴射器26和柴油噴射器27分別安裝于噴射組合器I并壓緊，然后將雙燃料噴射組合器I安裝在定容彈2頂部并壓緊密封。按圖1所示連接相應(yīng)的管路、儀器和線路。實(shí)驗(yàn)前需對14、相機(jī)Π 5進(jìn)行標(biāo)定，將靶標(biāo)置于噴射組合器I的噴嘴下方，調(diào)節(jié)相機(jī)焦距，直至靶標(biāo)清晰可見即可。
[0057]實(shí)驗(yàn)前，需先對丙酮濃度與其熒光強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)定，具體方法為:不同濃度的丙酮在激光的照射下發(fā)出的熒光強(qiáng)度不同，ICCD相機(jī)捕獲的圖像顏色也將不同，所以第一步，要能夠精確控制丙酮濃度，通過控制丙酮發(fā)生器22內(nèi)的壓力、溫度和丙酮溶液的量，同時(shí)用丙酮濃度計(jì)19實(shí)時(shí)監(jiān)控，以達(dá)到精確控制天然氣中的丙酮濃度。第二步，將不同濃度的天然氣/丙酮混合氣導(dǎo)入特制的玻璃容器內(nèi)混合均勻，從側(cè)面照射激光，ICCD相機(jī)正面拍攝，同時(shí)控制激光能量強(qiáng)度、相機(jī)位置、焦距、增益與實(shí)驗(yàn)值相同。第三步，因?yàn)椴煌瑵舛鹊谋芗ぐl(fā)后發(fā)出的熒光強(qiáng)度不同，所以根據(jù)這一特性對丙酮濃度進(jìn)行標(biāo)定，制作與之相對應(yīng)熒光圖並L曰O
[0058]前期準(zhǔn)備結(jié)束后，即可開展實(shí)驗(yàn)。如圖7所示為該實(shí)驗(yàn)流程圖，通過計(jì)算機(jī)18控制E⑶11給噴射器下達(dá)開啟命令，噴射器工作的同時(shí)也將脈沖信號通過同步器7同時(shí)傳遞給激光器6和ICCD相機(jī)。通過改變相機(jī)的延時(shí)，捕獲不同時(shí)刻下噴霧形態(tài)，以進(jìn)行雙燃料射流混合特性研究。
[0059]所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置的控制方法，具體包括以下步驟:
[0060]S1、將試驗(yàn)用的所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置安裝連接；
[0061]S2、對相機(jī)14、相機(jī)Π 5進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)束后安裝定容彈2，并檢查氣密性；
[0062]S3、開啟供氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)值；
[0063]S4、通過ECUll調(diào)節(jié)天然氣/柴油的噴射策略，在天然氣噴射器26和柴油噴射器27開始工作的瞬間，將噴射脈沖信號發(fā)射給計(jì)算機(jī)18，計(jì)算機(jī)18通過同步器7分別控制激光器
6、相機(jī)14和相機(jī)Π 5同時(shí)開始工作；
[0064]S5、根據(jù)拍攝的圖像，調(diào)節(jié)氣體的濃度，以及相機(jī)增益，以獲取質(zhì)量最佳的圖像；
[0065]S6、獲得噴霧圖像，用MATLAB軟件進(jìn)行圖像處理后，再進(jìn)行雙燃料射流的混合特性的研究分析。
[0066]所述步驟S3具體為:開啟供氣系統(tǒng)，打開天然氣罐23，天然氣通過高壓金屬軟管進(jìn)入丙酮發(fā)生器22的丙酮液面下，天然氣與丙酮充分混合后經(jīng)氣體導(dǎo)管流出，途徑丙酮濃度計(jì)19、溫度傳感器18、壓力傳感器117和流量計(jì)16，抵達(dá)天然氣噴射器26，調(diào)節(jié)水浴加熱器43溫度、丙酮液體的加入量和供氣壓力，獲取滿足實(shí)驗(yàn)濃度要求的天然氣/丙酮蒸汽混合氣；
[0067]開啟供油系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)Π9根據(jù)壓力傳感器Π 24檢測到的高壓油軌10內(nèi)的液油壓力信號，來控制高壓油栗對高壓油軌10的供油量，調(diào)節(jié)壓力至實(shí)驗(yàn)值，保持恒定。
[0068]所述步驟S4具體為:計(jì)算機(jī)18通過軟件ECUMonitor控制ECUl I調(diào)節(jié)天然氣噴射器26和柴油噴射器27的噴射脈寬、噴射相位，以及噴射頻率，在天然氣噴射器26和柴油噴射器27開始工作的瞬間，將噴射脈沖信號發(fā)射給計(jì)算機(jī)18，計(jì)算機(jī)18通過同步器7分別控制激光器6、相機(jī)14和相機(jī)Π 5同時(shí)開始工作;激光器6發(fā)射的激光通過反光鏡15射入定容彈2的試驗(yàn)區(qū)域，遇到柴油噴霧會(huì)產(chǎn)生米氏散射，激光遇到天然氣/丙酮射流時(shí)，丙酮會(huì)受到激發(fā)而發(fā)出熒光，其熒光強(qiáng)度與丙酮濃度成正比，這兩束波長不同的光經(jīng)定容彈2正面窗口發(fā)出通過分光鏡3時(shí)，被分開分別由相機(jī)14和相機(jī)Π 5接收。
[0069]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)柴油天然氣雙燃料噴射的噴射組合器I，并將其安裝于定容彈2頂部，并與一套天然氣供給系統(tǒng)和一套柴油供給系統(tǒng)相連，通過ECU控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙燃料的噴射混合，再利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，通過一套光學(xué)信號系統(tǒng)對噴霧圖像，同時(shí)在管路中安裝加熱裝置、溫度傳感器、壓力傳感器、電磁流量計(jì)，以研究燃料的狀態(tài)對噴霧混合特性的影響。
[0070]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，包括噴射組合器(I)、定容彈(2)、天然氣噴射器(26)、柴油噴射器(27)、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)I (8)、ECU(11)、激光器(6)、同步器(7)、相機(jī)1(4)、相機(jī)Π (5)、反射鏡(15)和分光鏡(3)； 所述噴射組合器(I)可拆卸的安裝在定容彈(2)的頂部，所述噴射組合器(I)內(nèi)設(shè)有與定容彈(2)測試區(qū)域相通的安裝孔1(31)和安裝孔Π (32);所述天然氣噴射器(26)固定安裝在安裝孔1(31)上，所述柴油噴射器(27)固定安裝在安裝孔Π (32)上； 所述供氣系統(tǒng)與天然氣噴射器(26)的進(jìn)口相連接;所述供油系統(tǒng)與所述柴油噴射器(27)的進(jìn)口相連接； 所述反射鏡(15)位于定容彈(2)的側(cè)面窗口，分光鏡(3)位于定容彈(2)的正面窗口；所述相機(jī)1(4)和相機(jī)Π (5)分別正對著分光鏡(3)的兩個(gè)鏡面;所述計(jì)算機(jī)1(8)與同步器(7)的輸入端電連接、同步器(7)的輸出端分別與激光器(6)、相機(jī)1(4)和相機(jī)Π (5)電連接； 所述ECU(Il)包括收發(fā)模塊、天然氣噴射器控制模塊和柴油噴射器控制模塊;所述收發(fā)模塊與計(jì)算機(jī)1(8)電連接、將從計(jì)算機(jī)1(8)接收的信號傳送到天然氣噴射器控制模塊和柴油噴射器控制模塊，所述天然氣噴射器控制模塊與天然氣噴射器(26)電連接、用于控制天然氣噴射器(26)的開關(guān)，所述柴油噴射器控制模塊與柴油噴射器(27)電連接、用于控制柴油噴射器(27)的開關(guān)，收發(fā)模塊在給天然氣噴射器(26)和柴油噴射器(27)發(fā)射信號的同時(shí)，也將該信號傳送到計(jì)算機(jī)1(8)，計(jì)算機(jī)1(8)通過同步器(7)控制激光器(6)發(fā)射激光而相機(jī)(4)1和相機(jī)(5) Π同時(shí)拍攝照片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)包括天然氣罐(23)和丙酮發(fā)生器(22); 所述丙酮發(fā)生器(22)包括進(jìn)氣口 I (37)和出氣口(39);所述進(jìn)氣口 1(37)通過高壓金屬軟管與天然氣罐(23)連接；出氣口(39)通過高壓氣管(20)與天然氣噴射器(26)連接； 所述出氣口(39)與天然氣噴射器(26)連接的高壓氣管(20)上設(shè)有丙酮濃度計(jì)(19)、溫度傳感器(18)、壓力傳感器I (17)和流量計(jì)(16); 所述丙酮發(fā)生器(22)的底部置于水浴加熱器(43)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，所述供油系統(tǒng)包括高壓油軌(10)、高壓油栗、油箱、和計(jì)算機(jī)Π (9); 所述高壓油栗的一端與油箱連接，另一端與高壓油軌(10)的一端連接，高壓油軌(10)的另一端通過高壓油管與柴油噴射器(27)連接;所述高壓油軌(10)上安裝有壓力傳感器Π(24);高壓油軌(10)與柴油噴射器(27)連接的高壓油管上安裝有壓力表1(12); 所述計(jì)算機(jī)Π (9)分別與高壓油栗和壓力傳感器Π (24)電連接，根據(jù)壓力傳感器Π(24)檢測到的高壓油軌(10)內(nèi)的液油壓力信號，來控制高壓油栗對高壓油軌(10)的供油量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，所述噴射組合器(I)還包括微通道(33);所述微通道(33)的一端與天然氣噴射器(26)的出口相通，另一端與定容彈(2)測試區(qū)域相通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，所述微通道(33)和定容彈(2)測試區(qū)域相通的一端與柴油噴射器(27)出口的軸心距為5_。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，所述噴射組合器(I)的頂部包括環(huán)形臺(tái)階1(34)，所述環(huán)形臺(tái)階1(34)的圓周設(shè)有螺紋孔(35)，所述噴射組合器(I)通過螺紋孔(35)與螺栓固定在定容彈(2)的頂部； 所述環(huán)形臺(tái)階1(34)的下方還設(shè)有環(huán)形臺(tái)階Π (35)，環(huán)形臺(tái)階Π (35)的底部設(shè)有石墨墊圈。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置，其特征在于，所述噴射組合器(I)還包括夾具(28);所述夾具為“工”字型，所述夾具(28)的兩側(cè)設(shè)有開口的卡槽(29)，所述天然氣噴射器(26)和柴油噴射器(27)分別卡在卡槽(29)上，所述夾具(28)上設(shè)有兩個(gè)中心對稱的通孔(30)，所述夾具(28)還設(shè)有兩根長螺栓，兩根長螺栓穿過所述通孔(30)后旋進(jìn)噴射組合器(I)底部的螺紋孔并緊固。8.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、將試驗(yàn)用的所述天然氣/柴油雙燃料噴射混合特性研究裝置安裝連接； 52、對相機(jī)1(4)、相機(jī)Π(5)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)束后安裝定容彈(2)，并檢查氣密性； 53、開啟供氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)值； 54、通過ECU(11)調(diào)節(jié)天然氣/柴油的噴射策略，在天然氣噴射器(26)和柴油噴射器(27)開始工作的瞬間，將噴射脈沖信號發(fā)射給計(jì)算機(jī)1(8)，計(jì)算機(jī)1(8)通過同步器(7)分別控制激光器(6)、相機(jī)I (4)和相機(jī)Π (5)同時(shí)開始工作； 55、根據(jù)拍攝的圖像，調(diào)節(jié)氣體的濃度，以及相機(jī)增益，以獲取質(zhì)量最佳的圖像； 56、獲得噴霧圖像，用MATLAB軟件進(jìn)行圖像處理后，再進(jìn)行雙燃料射流的混合特性的研究分析。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步驟S3具體為:開啟供氣系統(tǒng)，打開天然氣罐(23)，天然氣通過高壓金屬軟管進(jìn)入丙酮發(fā)生器(22)的丙酮液面下，天然氣與丙酮充分混合后經(jīng)氣體導(dǎo)管流出，途徑丙酮濃度計(jì)(19)、溫度傳感器(18)、壓力傳感器I(17)和流量計(jì)(16)，抵達(dá)天然氣噴射器(26)，調(diào)節(jié)水浴加熱器(43)溫度、丙酮液體的加入量和供氣壓力，獲取滿足實(shí)驗(yàn)濃度要求的天然氣/丙酮蒸汽混合氣； 開啟供油系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)Π (9)根據(jù)壓力傳感器Π (24)檢測到的高壓油軌(10)內(nèi)的液油壓力信號，來控制高壓油栗對高壓油軌(10)的供油量，調(diào)節(jié)壓力至實(shí)驗(yàn)值，保持恒定。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步驟S4具體為:計(jì)算機(jī)I(8)控制ECU(Il)調(diào)節(jié)天然氣噴射器(26)和柴油噴射器(27)的噴射脈寬、噴射相位，以及噴射頻率，在天然氣噴射器(26)和柴油噴射器(27)開始工作的瞬間，將噴射脈沖信號發(fā)射給計(jì)算機(jī)I(8)，計(jì)算機(jī)1(8)通過同步器(7)分別控制激光器(6)、相機(jī)1(4)和相機(jī)Π (5)同時(shí)開始工作；激光器(6)發(fā)射的激光通過反光鏡(15)射入定容彈(2)的試驗(yàn)區(qū)域，遇到柴油噴霧會(huì)產(chǎn)生米氏散射，激光遇到天然氣/丙酮射流時(shí)，丙酮會(huì)受到激發(fā)而發(fā)出熒光，其熒光強(qiáng)度與丙酮濃度成正比，這兩束波長不同的光經(jīng)定容彈(2)正面窗口發(fā)出通過分光鏡(3)時(shí)，被分開分別由相機(jī)I(4)和相機(jī)Π (5)接收。
【文檔編號】F02M43/04GK105840381SQ201610157040
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】王謙, 譚小強(qiáng), 劉慶, 姜鵬, 韓丹, 邵長勝
【申請人】江蘇大學(xué)