一種高壓天然氣噴射器標定裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于內(nèi)燃機研究領(lǐng)域的一種高壓天然氣噴射器標定裝置及其方法，包括計算機、噴射器控制系統(tǒng)ECU、天然氣噴射器、標定組件和供氣系統(tǒng)；天然氣噴射器的一端通過高壓金屬軟管與供氣系統(tǒng)的天然氣罐相連，另一端通過夾具安裝于標定組件上，標定裝置整體密封，ECU控制天然氣噴射器的開關(guān)，本發(fā)明通過測定天然氣噴射器工作一定時間內(nèi)裝置中氣體的壓力變化值，進而計算出該噴射器單次噴射的氣體量，為天然氣發(fā)動機的開發(fā)提供了重要的實驗數(shù)據(jù)；本發(fā)明設(shè)計中的標定組件采用一種組合式的方法，可以根據(jù)需求任意組裝，靈活性強；本發(fā)明設(shè)計的高壓天然氣標定裝置，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計與精密的加工，使得裝置的氣密性、安全性得到了保證。
【專利說明】
一種高壓天然氣噴射器標定裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機研究領(lǐng)域，具體涉及一種高壓天然氣噴射器標定裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源危機和環(huán)境污染日益嚴重。解決柴油機尾氣污染問題的有效方法是使用替代燃料，包括生物質(zhì)燃料，LPG和天然氣等。頁巖氣作為一種天然氣，它可以解決人類至少未來50年的能源問題。據(jù)美國能源情報署估計，中國頁巖氣的儲量比美國還大，約占全球總儲量的20%，位列世界第一。由此可見，天然氣的應(yīng)用在未來將極具發(fā)展前景。
[0003]天然氣發(fā)動機具有明顯的經(jīng)濟效益，和優(yōu)異的環(huán)保性能，使其成為國內(nèi)外眾多研究學者關(guān)注的焦點。在發(fā)動機研發(fā)過程中需要進行很多試驗，其中天然氣噴射器的標定就是最主要的實驗之一。為了更精準，更便捷地測量噴射器的噴射量，國內(nèi)外很多公司和科研機構(gòu)基于不同原理發(fā)明了很多不同測試方法和儀器。德國Ritter公司生產(chǎn)的氣體流量計，能夠直接對管路中的氣體進行測量。該流量計在低壓氣體管路中應(yīng)用廣泛，但對于壓力達至IJ10-30MPa的高壓氣體，必須使用特殊的流量計，其成本極高。申請?zhí)枮?01510528149.1的專利提出了一種溫度壓力可調(diào)的氣體流量標定方法，該方法通過多級調(diào)壓裝置，以及加熱器和冷凝器實現(xiàn)壓力溫度的連續(xù)可調(diào)，并分別測量各個工況下的累積流量，以實現(xiàn)不同溫度壓力下的氣體流量標定，該方法適用于工業(yè)低壓恒定氣體輸送管道中的氣體流量標定，無法對高壓氣體噴射器的間歇性射流進行標定。在文獻(FUEL ,160(2015 )24-34)中，ImanErfan等人在天然氣噴射射流特性的實驗研究中，通過將天然氣罐放置于一臺電子天平上，測出實驗前后天然氣的質(zhì)量減少量，并根據(jù)噴射次數(shù)，計算出天然氣噴射器的單次噴射量，該方法操作簡單，但誤差大，且需要高精度的電子天平。因此，在不影響天然氣發(fā)動機研發(fā)進程的情況下，設(shè)計一種低成本、高效率、更加精準和便捷的氣體噴射器標定方法和裝置是很有必要的。

【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高壓天然氣噴射器標定裝置及其方法，可以更加簡單精確地對天然氣噴射器的噴射量進行標定。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高壓天然氣噴射器標定裝置，包括計算機、噴射器控制系統(tǒng)ECU、天然氣噴射器、標定組件和供氣系統(tǒng)；
[0006]所述標定組件包括天然氣噴射器安裝座、第一三通件、圓柱形容器、第二三通件、第二閥門、壓力傳感器安裝座和第一壓力傳感器；
[0007]所述天然氣噴射器的一端與供氣系統(tǒng)連接，另一端通過夾具與所述天然氣噴射器安裝座的一端連接，天然氣噴射器安裝座的另一端與第一三通件的第一端口連接;所述第一三通件的第三端口通過第二轉(zhuǎn)接頭與圓柱形容器的一端連接，圓柱形容器的另一端通過第三轉(zhuǎn)接頭與所述第二三通件的第一端口連接，第二三通件的第二端口通過第四轉(zhuǎn)接頭與壓力傳感器安裝座連接，所述第一壓力傳感器安裝在壓力傳感器安裝座上，所述第二三通件的第三端口與第二閥門的一端連接；
[0008]所述計算機與噴射器控制系統(tǒng)ECU電連接，所述噴射器控制系統(tǒng)ECU與天然氣噴射器電連接，所述計算機通過噴射器控制系統(tǒng)ECU控制天然氣噴射器的開啟，以及調(diào)節(jié)天然氣噴射器的噴射脈寬和噴射頻率。
[0009]上述方案中，所述供氣系統(tǒng)包括天然氣罐，所述天然氣罐通過高壓管路與所述天然氣噴射器的一端連接;所述天然氣噴射器與天然氣罐之間連接高壓管路中安裝有第二壓力傳感器和溫度傳感器。
[0010]上述方案中，還包括氮氣瓶，所述第一三通件的第二端口通過第一轉(zhuǎn)接頭與第一閥門的一端連接，所述第一閥門的另一端通過高壓管路與氮氣瓶連接。
[0011]上述方案中，所述夾具包括第一螺桿、第二螺桿、第一夾塊、第二夾塊、第三夾塊、第三螺桿和第四螺桿;所述第一夾塊和第二夾塊為階梯配合件，配合件安裝在所述天然氣噴射器的卡槽處，第三螺桿與第四螺桿分別從配合件的側(cè)面通孔穿過由螺母緊固；所述天然氣噴射器的一端安裝于天然氣噴射器安裝座內(nèi)，所述第三夾塊置于天然氣噴射器安裝座的下面，第一螺桿與第二螺桿分別穿過第三夾塊與第一夾塊和第二夾塊相對應(yīng)的通孔并由螺母緊固。
[0012]—種根據(jù)所述的高壓天然氣噴射器標定裝置的標定方法，包括以下步驟:
[0013]S1、將試驗用的所述高壓天然氣噴射器標定裝置安裝連接；
[0014]S2、檢查裝置氣密性；
[0015]S3、開啟供氣系統(tǒng)，使天然氣管路中的氣體壓力與所述圓柱形容器中的壓力分別達到實驗值；
[0016]S4、通過計算機控制天然氣噴射器開啟，同時開始計時，并記錄噴射一定時間At后圓形容器內(nèi)壓力值的變化量A P;
[0017]S5、根據(jù)要求改變實驗條件，重復S4中步驟；
[0018]S6、將實驗測量結(jié)果輸入計算機中，計算出不同工況下天然氣噴射器單次噴射的噴射量。
[0019]上述方案中，所述步驟S2具體為:關(guān)閉所述第二閥門，打開第一閥門，同時開啟氮氣瓶，氮氣由高壓管路進入圓柱形容器中，使圓柱形容器中的壓力值達保持一定時間不下降，即氣密性能良好。
[°02°]上述方案中，所述步驟S4具體為:所述計算機控制噴射器控制系統(tǒng)ECU調(diào)節(jié)天然氣噴射器的噴射脈寬和噴射頻率，在開啟天然氣噴射器的瞬間開始計時，監(jiān)測第一壓力傳感器、并記錄五分鐘后的讀數(shù)，再根據(jù)第一壓力傳感器的初始壓力，計算出圓柱形容器內(nèi)壓力值的變化量A P。
[0021 ]上述方案中，所述步驟S5中的實驗條件包括:天然氣噴射器的噴射壓力、噴射脈寬、噴射頻率和圓柱形容器內(nèi)的初始壓力即背壓。
[0022]上述方案中，所述步驟S6具體為:實驗測出一定時間At內(nèi)圓柱形容器中的壓力值的變化量A P，以及氣體的溫度T，并采用注水法測量裝置的體積V，計算出一定時間At內(nèi)天然氣噴射的質(zhì)量m，再根據(jù)噴射次數(shù)計算出該噴射器單次噴射的天然氣質(zhì)量。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過設(shè)計一種高壓天然氣噴射器標定裝置及其方法，實現(xiàn)了天然氣噴射器單次噴射量的測量，為天然氣發(fā)動機的開發(fā)提供了重要的實驗數(shù)據(jù);本發(fā)明設(shè)計中的標定組件采用一種組合式的方法，可以根據(jù)需求任意組裝，靈活性強，如不同型號的天然氣噴射器可以分別選用不同尺寸型號的圓柱形容器進行標定;本發(fā)明設(shè)計的高壓天然氣噴射器標定裝置，通過實測可以承受1MPa以上的高壓，不僅可以用于氣體噴射器的標定，還可以用于研究環(huán)境壓力對噴射器噴射量的影響；本發(fā)明設(shè)計的高壓天然氣標定裝置，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計與精密的加工，使得裝置的氣密性、安全性得到了保證。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一實施方式裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一實施方式夾具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明一實施方式天然氣噴射器標定方法流程圖。
[0028]圖中:1、計算機;2、噴射器控制系統(tǒng)E⑶;3、天然氣噴射器;4、夾具;5、天然氣噴射器安裝座;6、第一三通件;7、第一轉(zhuǎn)接頭;8、第一閥門；9、高壓金屬軟管；10、第二轉(zhuǎn)接頭；
11、圓柱形容器;12、第三轉(zhuǎn)接頭；13、第二三通件；14、壓力傳感器安裝座；15、第一壓力傳感器；16、第四轉(zhuǎn)接頭；17、第二閥門；18、第二壓力傳感器；19、溫度傳感器;20、氮氣瓶;21、天然氣罐；22、第一螺桿；23、第二螺桿；24、螺母；25、第一夾塊；26、第二夾塊；27、第三夾塊；28、第三螺桿;29、第四螺桿。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0030]圖1和圖2所示為本發(fā)明所述高壓天然氣噴射器標定裝置的一種實施方式，所述高壓天然氣噴射器標定裝置包括計算機1、噴射器控制系統(tǒng)ECU2、天然氣噴射器3、標定組件、供氣系統(tǒng)和氮氣瓶20。
[0031]所述標定組件包括天然氣噴射器安裝座5、第一三通件6、圓柱形容器11、第二三通件13、第二閥門17、壓力傳感器安裝座14和第一壓力傳感器15。所述供氣系統(tǒng)包括天然氣罐21。所述天然氣噴射器3的一端通過高壓金屬軟管9與天然氣罐21連接，另一端通過夾具4與所述天然氣噴射器安裝座5的一端連接，天然氣噴射器安裝座5的另一端通過螺紋與第一三通件6的第一端口密封連接;所述第一三通件6的第二端口通過第一轉(zhuǎn)接頭7與第一閥門8的一端密封連接，所述第一閥門8的另一端通過高壓管路與氮氣瓶20連接;所述第一三通件6的第三端口通過第二轉(zhuǎn)接頭10與圓柱形容器11的一端密封連接，圓柱形容器11的另一端通過第三轉(zhuǎn)接頭12與所述第二三通件13的第一端口密封連接，第二三通件13的第二端口通過第四轉(zhuǎn)接頭16與壓力傳感器安裝座14螺紋密封連接，所述第一壓力傳感器15與壓力傳感器安裝座14通過螺紋密封連接，所述第一壓力傳感器15用于檢測圓形容器內(nèi)(11)的壓力值，所述第二三通件13的第三端口與第二閥門17的一端密封連接，所述第二閥門(17)的另一端與排氣管連接，實驗結(jié)束后可將氣體排出。
[0032]所述天然氣噴射器3與天然氣罐21之間連接高壓管路中安裝有第二壓力傳感器18和溫度傳感器19。所述第二壓力傳感器18和溫度傳感器19分別用于檢測所述天然氣噴射器3與天然氣罐21之間連接高壓管路的氣體壓力和氣體溫度。
[0033]所述計算機I與噴射器控制系統(tǒng)ECU2電連接，所述噴射器控制系統(tǒng)ECU2與天然氣噴射器3電連接，所述計算機I通過噴射器控制系統(tǒng)ECU2控制天然氣噴射器3的開啟，以及調(diào)節(jié)天然氣噴射器3的噴射脈寬和噴射頻率。
[0034]如圖3所示，所述夾具4包括第一螺桿22、第二螺桿23、第一夾塊25、第二夾塊26、第三夾塊27、第三螺桿28和第四螺桿29;所述第一夾塊25和第二夾塊26為階梯配合件，所述天然氣噴射器3設(shè)有卡槽，配合件中部設(shè)有與所述卡槽配合的缺口，配合件通過所述缺口安裝在所述天然氣噴射器3的卡槽處，第三螺桿28與第四螺桿29分別從配合件的側(cè)面通孔穿過由螺母緊固使其成為一個整體;所述天然氣噴射器3的一端安裝于天然氣噴射器安裝座5內(nèi)，所述第三夾塊27置于天然氣噴射器安裝座5的下面，第一螺桿22與第二螺桿23分別穿過第三夾塊27與第一夾塊25和第二夾塊26相對應(yīng)的通孔并由螺母24緊固，使得天然氣噴射器3與天然氣噴射器安裝座5構(gòu)成一個密封性能好的整體。
[0035]—種根據(jù)所述的高壓天然氣噴射器標定裝置的標定方法，如圖4所示，包括以下步驟:
[0036]S1、將試驗用的所述高壓天然氣噴射器標定裝置安裝連接；
[0037]S2、檢查裝置氣密性，在氣密性良好的情況下，才可進行下一步實驗；
[0038]S3、開啟供氣系統(tǒng)，監(jiān)測第一壓力傳感器15和第二壓力傳感器18使天然氣管路中的氣體壓力與所述圓柱形容器11中的壓力分別達到實驗值；
[0039]S4、通過計算機I控制天然氣噴射器3開啟，同時開始計時，并記錄噴射五分鐘后圓形容器內(nèi)11壓力值的變化量A P ；
[0040]S5、根據(jù)要求改變實驗條件，如天然氣的噴射壓力、噴射脈寬、噴射頻率、圓柱形容器內(nèi)的初始壓力，重復S4中步驟；
[0041]S6、將實驗測量結(jié)果輸入計算機I中，根據(jù)預(yù)設(shè)計算公式，計算出不同工況下天然氣噴射器3單次噴射的噴射量。
[0042]所述步驟S2具體為:關(guān)閉所述第二閥門17，打開第一閥門8，同時開啟氮氣瓶20，氮氣由高壓管路進入圓柱形容器11中，使圓柱形容器11中的壓力值達到6MPa，關(guān)閉第一閥門8，監(jiān)測第一壓力傳感器15的讀數(shù)，待讀數(shù)穩(wěn)定后能保持十分鐘不下降，即氣密性能良好。
[0043]所述步驟S4具體為:所述計算機I控制噴射器控制系統(tǒng)ECU2調(diào)節(jié)天然氣噴射器3的噴射脈寬和噴射頻率，在開啟天然氣噴射器3的瞬間開始計時，監(jiān)測第一壓力傳感器15、并記錄五分鐘后的讀數(shù)，再根據(jù)第一壓力傳感器15的初始壓力，計算出圓柱形容器11內(nèi)壓力值的變化量A P。
[0044]所述步驟S5中的實驗條件包括:天然氣噴射器3的噴射壓力、噴射脈寬、噴射頻率和圓柱形容器內(nèi)的初始壓力。
[0045]所述步驟S6具體為:實驗測出一定時間At內(nèi)圓柱形容器11中的壓力值的變化量A P，以及氣體的溫度T，并采用注水法測量裝置的體積V，根據(jù)理想氣體公式PV = nRT，得出η=(A P*V)/RT，R為氣體常數(shù)，查表可得;再根據(jù)n=m/M，得出m=n*M，其中M為氣體的摩爾質(zhì)量，η為一定時間△ t內(nèi)的天然氣噴射量的摩爾數(shù)，m為一定時間△ t內(nèi)天然氣噴射的質(zhì)量，求出m之后，再根據(jù)噴射次數(shù)計算出該噴射器單次噴射的天然氣質(zhì)量。
[0046]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(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、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高壓天然氣噴射器標定裝置，其特征在于，包括計算機(1)、噴射器控制系統(tǒng)ECU(2)、天然氣噴射器(3)、標定組件和供氣系統(tǒng)； 所述標定組件包括天然氣噴射器安裝座(5)、第一三通件(6)、圓柱形容器(11)、第二三通件(13)、第二閥門(17)、壓力傳感器安裝座(14)和第一壓力傳感器(15); 所述天然氣噴射器(3)的一端與供氣系統(tǒng)連接，另一端通過夾具(4)與所述天然氣噴射器安裝座(5)的一端連接，天然氣噴射器安裝座(5)的另一端與第一三通件(6)的第一端口連接;所述第一三通件(6)的第三端口通過第二轉(zhuǎn)接頭(1)與圓柱形容器(11)的一端連接，圓柱形容器(11)的另一端通過第三轉(zhuǎn)接頭(12)與所述第二三通件(13)的第一端口連接，第二三通件(13)的第二端口通過第四轉(zhuǎn)接頭(16)與壓力傳感器安裝座(14)連接，所述第一壓力傳感器(15)安裝在壓力傳感器安裝座(14)上，所述第二三通件(13)的第三端口與第二閥門(17)的一端連接； 所述計算機(1)與噴射器控制系統(tǒng)ECU(2)電連接，所述噴射器控制系統(tǒng)ECU(2)與天然氣噴射器(3)電連接，所述計算機(1)通過噴射器控制系統(tǒng)ECU(2)控制天然氣噴射器(3)的開啟，以及調(diào)節(jié)天然氣噴射器(3)的噴射脈寬和噴射頻率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓天然氣噴射器標定裝置，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)包括天然氣罐(21)，所述天然氣罐(21)通過高壓管路與所述天然氣噴射器(3)的一端連接;所述天然氣噴射器(3)與天然氣罐(21)之間連接高壓管路中安裝有第二壓力傳感器(18)和溫度傳感器(19)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓天然氣噴射器標定裝置，其特征在于，還包括氮氣瓶(20)，所述第一三通件(6)的第二端口通過第一轉(zhuǎn)接頭(7)與第一閥門(8)的一端連接，所述第一閥門(8)的另一端通過高壓管路與氮氣瓶(20)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓天然氣噴射器標定裝置，其特征在于，所述夾具(4)包括第一螺桿(22)、第二螺桿(23)、第一夾塊(25)、第二夾塊(26)、第三夾塊(27)、第三螺桿(28)和第四螺桿(29);所述第一夾塊(25)和第二夾塊(26)為階梯配合件，配合件安裝在所述天然氣噴射器(3)的卡槽處，第三螺桿(28)與第四螺桿(29)分別從配合件的側(cè)面通孔穿過由螺母緊固；所述天然氣噴射器(3)的一端安裝于天然氣噴射器安裝座(5)內(nèi)，所述第三夾塊(27)置于天然氣噴射器安裝座(5)的下面，第一螺桿(22)與第二螺桿(23)分別穿過第三夾塊(27)與第一夾塊(25)和第二夾塊(26)相對應(yīng)的通孔并由螺母緊固。5.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓天然氣噴射器標定裝置的標定方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、將試驗用的所述高壓天然氣噴射器標定裝置安裝連接； S2、檢查裝置氣密性； S3、開啟供氣系統(tǒng)，使天然氣管路中的氣體壓力與所述圓柱形容器(11)中的壓力分別達到實驗值；S4、通過計算機(I)控制天然氣噴射器(3)開啟，同時開始計時，并記錄噴射一定時間At后圓形容器內(nèi)(11)壓力值的變化量ΔΡ; S5、根據(jù)要求改變實驗條件，重復S4中步驟；S6、將實驗測量結(jié)果輸入計算機(I)中，計算出不同工況下天然氣噴射器(3)單次噴射的噴射量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標定方法，其特征在于，所述步驟S2具體為:關(guān)閉所述第二閥門(17)，打開第一閥門(8)，同時開啟氮氣瓶(20)，氮氣由高壓管路進入圓柱形容器(11)中，使圓柱形容器(11)中的壓力值達保持一定時間不下降，即氣密性能良好。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標定方法，其特征在于，所述步驟S4具體為:所述計算機(I)控制噴射器控制系統(tǒng)ECU (2)調(diào)節(jié)天然氣噴射器(3)的噴射脈寬和噴射頻率，在開啟天然氣噴射器(3)的瞬間開始計時，監(jiān)測第一壓力傳感器(15)、并記錄五分鐘后的讀數(shù)，再根據(jù)第一壓力傳感器(15)的初始壓力，計算出圓柱形容器(11)內(nèi)壓力值的變化量△ P。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標定方法，其特征在于，所述步驟S5中的實驗條件包括:天然氣噴射器(3)的噴射壓力、噴射脈寬、噴射頻率和圓柱形容器內(nèi)的初始壓力。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標定方法，其特征在于，所述步驟S6具體為:實驗測出一定時間A t內(nèi)圓柱形容器(11)中的壓力值的變化量△ P，以及氣體的溫度T，并采用注水法測量裝置的體積V，計算出一定時間△ t內(nèi)天然氣噴射的質(zhì)量m，再根據(jù)噴射次數(shù)計算出該噴射器單次噴射的天然氣質(zhì)量。
【文檔編號】F02M65/00GK105863920SQ201610202122
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】譚小強, 邵長勝, 王謙, 何志霞, 韓丹
【申請人】江蘇大學