直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统及方法与流程

本发明涉及光学诊断技术领域，具体而言，涉及直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统及方法。

背景技术：

目前，为了实现直喷汽油机的多孔喷油器的形貌测试，采用喷雾形态的光学诊断，即，通过高速相机拍摄喷雾的形貌是一种通用的研究手段。

具体地，是使用喷油器将喷雾喷到可视压力容器中，可视压力容器配有光学窗口，然后通过高速相机从可视压力容器的光学窗口对油束方向进行诊断。在此过程中，使用可视压力容器的目的是提供有光学窗口的密封容器，方便改变环境气体的密度温度压强。

现有技术通常在大气环境中测喷雾方向，但由于现代直喷汽油机的多孔喷油器的喷孔布置越来越紧凑，各油束间在常温常压下也会会发生相互作用，各油束方向发生改变，影响多孔喷油器油束方向的准确测量，难以联系起喷孔设计与油束方向，不能有效指导多孔喷油器设计；在负压下相互作用会减轻，但会造成燃油的过热度升高，一旦喷雾进入闪沸喷射阶段，喷雾特征会发生巨大改变，同样影响多孔喷油器油束方向的准确测量。

技术实现要素：

本发明提供一种直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统及方法，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统，包括：高压燃油管路，用于为待测试的喷油器提供燃油；电子控制单元，用于控制待测试的喷油器的开关；计算机，用于控制电子控制单元；可视压力容器，可视压力容器中充入高压氦气作为油束方向测试的背景气体；可视压力容器的相对两侧开有光学窗口；照明光源，设置在可视压力容器的任一侧，照明光源散发的光从可视压力容器的该侧的光学窗口照入可视压力容器内部；高速相机，放置在可视压力容器的、照明光源所在侧的另一侧的窗口外，用于拍摄待测试的喷油器喷出的喷雾在照明光源的照明中形成的阴影，以获取喷雾的形貌信息；高速相机由电子控制单元信号触发，与待测试喷油器的喷油时刻同步；第一压力调节装置，设置在充入高压氦气的管路上，用于对可视压力容器中的氦气压强进行调节；高压燃料罐，用于存储高压气体，高压气体作为喷油器中所喷燃油的压力来源；第二压力调节装置，设置在将高压气体充入高压燃料罐的管路和/或高压燃油管路上，用于对燃油压力进行控制；真空泵，与可视压力容器连接，用于抽出可视压力容器中的原始气体。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试方法，应用于如前述的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统中，包括：通过真空泵抽出可视压力容器中的原始气体；将高压氦气充入可视压力容器中作为油束方向测试中的背景气体；通过第一压力调节装置对充入可视压力容器中的氦气压强进行调节；将高压气体通入高压燃料罐中，作为燃油的压力来源；并通过第二压力调节装置对燃油压力进行控制；将高压燃油管路与待测试的喷油器连接；将照明光源从可视压力容器一侧的光学窗口照入；通过电子控制单元控制喷油器喷雾，并同步触发高速相机拍摄喷雾的形貌信息。

本发明实施例的创新点包括：

1、本发明使用氦气作为环境气体抑制喷雾各油束间相互作用，从而准确测量多孔喷油器的油束方向。本发明是源于发明人对于多孔喷油器各油束间相互作用机理的充分理解，从而使用低密度且无毒的氦气作为背景气体抑制喷雾各油束间相互作用。这是本发明实施例的创新点之一。

2、本技术可以在不改变燃油热力学状态的条件下，在常压甚至高压下抑制喷雾各油束间相互作用，准确测量油束方向。这是本发明实施例的创新点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试方法的流程图；

图3为本发明一个实施例的分别采用氦气和氮气作为背景测试气体的油束方向的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开了一种直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统和方法，以下进行详细说明。

在实现本发明的过程中，发明人发现，多孔喷油器喷雾的各油束间相互作用与其中单个油束与环境气体的相互作用有关。虽然通过降低测试环境压力可以在一定程度上抑制喷雾各油束间相互作用的目的，但是降低环境压力会改变燃油的热力学状态，使得试验变量改变，可能会影响多孔喷油器油束方向的准确测量。进一步的，环境压力降低会造成燃油的过热度升高，一旦喷雾进入闪沸喷射阶段，喷雾特征会发生巨大改变，同样影响多孔喷油器油束方向的准确测量。而本技术可以在不改变燃油热力学状态的条件下，在常压甚至高压下抑制喷雾各油束间相互作用，准确测量油束方向。出于发明人对多孔喷雾各油束间相互作用机制的充分理解，提出了使用氦气作为多孔喷雾测试中的环境气体，来抑制喷雾各油束间相互作用。由于氦气密度远低于空气与氮气，可以把油束与环境气体间的相互作用程度降到最低，进而抑制喷雾各油束间相互作用，使得准确测量多孔喷油器油束方向成为可能。

图1为本发明一个实施例的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统的结构示意图。

如图1所示，本发明一个实施例的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试系统，包括：高压燃油管路，用于为待测试的喷油器提供燃油；电子控制单元11，用于控制待测试的喷油器7的开关；计算机12，用于控制电子控制单元；可视压力容器8，可视压力容器中充入高压氦气1作为油束方向测试的背景气体；可视压力容器的相对两侧开有光学窗口；照明光源led灯9，设置在可视压力容器的任一侧，照明光源散发的光从可视压力容器的该侧的光学窗口照入可视压力容器内部；高速相机10，放置在可视压力容器的、照明光源所在侧的另一侧的窗口外，用于拍摄待测试的喷油器喷出的喷雾在照明光源的照明中形成的阴影，以获取喷雾的形貌信息；高速相机由电子控制单元11信号触发，与待测试喷油器的喷油时刻同步；减压阈与压力表3，设置在充入高压氦气1的管路上，用于对可视压力容器中的氦气压强进行调节；高压燃料罐5，用于存储高压气体2，高压气体作为喷油器中所喷燃油的压力来源；减压阈4和压力表6，分别设置在将高压气体充入高压燃料罐的管路和高压燃油管路上，用于对燃油压力进行控制；真空泵13，与可视压力容器连接，用于抽出可视压力容器中的原始气体。

具体地，高速相机受电子控制单元信号触发拍摄的时刻，与待测试喷油器喷油的时刻同步精度达到微秒级别。

本发明使用氦气作为环境气体抑制喷雾各油束间相互作用，从而准确测量多孔喷油器的油束方向。本发明是源于发明人对于多孔喷油器各油束间相互作用机理的充分理解，从而使用低密度且无毒的氦气作为背景气体抑制喷雾各油束间相互作用。

本技术可以在不改变燃油热力学状态的条件下，在常压甚至高压下抑制喷雾各油束间相互作用，准确测量油束方向。

图2为本发明一个实施例的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试方法的流程图。

如图2所示，本发明一个实施例的直喷汽油机多孔喷油器油束方向的光学测试方法包括以下步骤：

s201，通过真空泵抽出可视压力容器中的原始气体；

s202，将高压氦气充入可视压力容器中作为油束方向测试中的背景气体；

s203，通过第一压力调节装置对充入可视压力容器中的氦气压强进行调节；

s204，将高压气体通入高压燃料罐中，作为燃油的压力来源；并通过第二压力调节装置对燃油压力进行控制；

s205，将高压燃油管路与待测试的喷油器连接；

s206，将照明光源从可视压力容器一侧的光学窗口照入；

s207，通过电子控制单元控制喷油器喷雾，并同步触发高速相机拍摄喷雾的形貌信息。

进一步地，上述方法还可以包括以下步骤：

s208，将高速相机拍摄的图像下载至计算机中。

图3为本发明一个实施例的分别采用氦气和氮气作为背景测试气体的油束方向的对比图。

从图3中可以看出，常温(30℃)常压(1bar)下，氮气(n2)环境中的多孔喷雾已经发生各油束间相互作用，而氦气(he)环境中并未发生各油束间相互作用。降低环境压力(抽负压)，氮气环境中的多孔喷雾各油束间相互作用缓解，但是燃油的热力学状态发生变化，与常温常压下的油束方向不同。在高压下，氦气环境也能保持较好的喷雾形态，而氮气环境中已经发生了严重的各油束间相互作用。

本发明使用氦气作为环境气体抑制喷雾各油束间相互作用，从而准确测量多孔喷油器的油束方向。本发明是源于发明人对于多孔喷油器各油束间相互作用机理的充分理解，从而使用低密度且无毒的氦气作为背景气体抑制喷雾各油束间相互作用。

本技术可以在不改变燃油热力学状态的条件下，在常压甚至高压下抑制喷雾各油束间相互作用，准确测量油束方向。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。