高压GDI喷雾特性测量装置说明书分析研究动力机械专业.docx

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1、第一章绪论11.1 课题研究背景11 .1.1国外研究情况22 .1.2国内研究情况21.2 本课题研究的主要内容3第二章.高压GDI喷雾特性测量装置的构建42.1GDI燃油供给系统52.1.1气液增压泵52.1.2稳压腔62.1.3高压共轨72.L4喷油器82.2喷雾光学诊断测试系统92.2.1激光系统102.2.2图像采集系统102.2.3定容弹122.3定容弹电控系统132. 3.1定容弹时序控制13第三章高压GDl喷雾特性测量的实验研究153. 高压GDI喷雾宏观特性测量的实验研究154. 1.1测量方法及定义153.1.2喷雾油束的发展历程173. 1.3喷射压力对贯穿距离的影响18

2、4. 1.4喷射压力对喷雾锥角的影响205. 1.5喷射压力对喷雾面积的影响216. 1.6高压GDI喷雾宏观特性测量结论223. 2高压GDI喷雾微观特性测量的实验研究233. 2.1高压GDI喷雾微观特性测量方法234. 2.2PDPA试验标定245. 2.3试验方案246. 2.4247. 2.5高压GDI喷雾微观特性测量的实验结论27第四章结论与展望284. 1结论284. 2展望29到t错误!未定乂书签。高压GDI喷雾特性测量装置设计摘要在国际化背景下，面对全球能源危机和各国排放法规日益严格的压力，内燃机燃油排放和经济性的研究一直是汽车工业中最重要的领域之一。而缸内直喷技术在提高汽油

3、机动力性和燃油经济性、实现精确的空燃比控制和降低尾气排放物等方面具有较大的优势。提高GDl发动机燃油的喷射压力，能够使喷雾粒子更加细化。增加燃油的蒸发速率，从而使油气混合更迅速、均匀，燃烧更充分，有利于减少颗粒物的排放。但目前大部分的GDI只能满足1050MPa的油压，因此,本文致力于设计一个能够承受50200MPa油压的GDI喷雾特性测试平台。在设计过程中，主要存在燃油压力和照相时机的控制问题。为解决以上这些问题，将高压GDl喷雾特性测量装置分为4个系统：GDl燃油供给系统、激光系统、图像采集系统以及定容弹电控系统。本文首先根据这4个系统各自的功能，分别对其进行结构设计和设备选型等。并且通过

4、相关工具书的查询得到其基本的尺寸参数，然后进行设备的装配。在试验时，本文采用了LSD技术对喷雾锥角、喷雾贯穿距离、喷雾面积宏观参数以及SMD微观参数进行了测量，得到了想要的结论。关键词：GDI燃油供给定容弹喷雾特性LSDDesignofHighPressureGDISprayCharacteristicMeasuringDeviceAbstractUnderthebackgroundofinternationalization,facingthepressureofglobalenergycrisisandincreasinglystrictemissionregulationsofvario

5、uscountries,theresearchonfuelemissionandeconomyofinternalcombustionengineshasalwaysbeenoneofthemostimportantfieldsintheautomobileindustry.However,in-cylinderdirectinjectiontechnologyhasgreatadvantagesinimprovingthepowerandfueleconomyofgasolineengines,achievingaccurateair-fuelratiocontrolandreducinge

6、xhaustemissions.IncreasingtheinjectionpressureofGDIenginefuelcanmakethesprayparticlesfiner.Increasetheevaporationrateofthefueloil,sothattheoilandgascanbemixedmorequicklyandevenlyandburnedmorefully,whichisbeneficialtoreducetheemissionofparticulatematter.However,mostGDIcanonlymeettheoilpressureof10-50

7、mpaatpresent,therefore,thispaperisdedicatedtodesignaGDIspraycharacteristictestplatformcapableofwithstandingtheoilpressureof50200mpa.Inthedesignprocess,therearemainlycontrolproblemsoffuelpressureandphotographingtiming.Inordertosolvetheseproblems,thehigh-pressureGDIspraycharacteristicmeasuringdeviceis

8、dividedintofoursystems:GDIfuelsupplysystem,lasersystem,imageacquisitionsystemandconstantvolumemissileelectroniccontrolsystem.Firstly,accordingtotherespectivefunctionsofthesefoursystems,thestructuraldesignandequipmentselectionarecarriedoutrespectively.Andthroughthequeryofrelevantreferencebooks,thebas

9、icsizeparametersareobtained,andthentheequipmentisassembled.Intheexperiment,LSDtechnologywasusedtomeasurethesprayconeangle,spraypenetrationdistance,sprayareamacroparametersandSMDmicroparameters,andthedesiredconclusionwasobtained.Keywords:GDIFuelsupplyConstantvolumebombSpraycharacteristicsLSD第一章绪论1.1

10、课题研究背景近几十年以来，面对全球能源危机和各国排放法规日益严格的压力，内燃机燃油排放和经济性的研究一直是汽车工业中最重要的领域之一。传统的进气道喷射汽油机已然跟不上时代的需要了，因此缸内直喷汽油机在燃油消耗量以及尾气排放上的优势就越来越受到各大汽车厂商的高度重视。在20世纪90年代后半期,以可视化和数值模拟为代表的内燃机研究手段得到了快速发展，同时精度高、响应快的电控技术日益成熟,使得缸内直喷汽油机的研究得到了长足的发展。三菱、日产、丰田、福特、五十铃、马自达、奔驰、奥迪、本田、菲亚特、AVLs雷诺、FEV等国外许多汽车公司和研究机构都已经开发了比较成熟的GDI样机或产品。这些缸内直喷汽油机

11、，在与常规进气道喷射（PFI）汽油机相比中，都显示了明显的优势。从已发表文献来看，部分负荷采用了分层稀薄混合气燃烧的GDl发动机，与传统PFl汽油机相比，燃油经济性一般可以提高25%左右，动力输出也增加了近10%oGDl发动机可以采用更稀的空燃比，能提高压缩比和充气效率，系统优化潜力大，GDI发动机在提高动力性和降低油耗方面比其他两种发动机存在明显的优势，开发新的GDI发动机将带来巨大的经济效益和社会效益。但是GDI发动机也存在着一些开发难点和缺点。因此日本、欧美许多汽车公司和研究机构纷纷投入大量的人力、物力和财力，对缸内直喷汽油机展开了细致的研究工作。目前GDl发动机在国际上任是内燃机界研究

12、的一个重要的前沿课题，被认为是未来汽油机发展的主要方向之一。缸内直喷（GDl）发动机是未来实现汽油机节能减排的主要技术，对喷雾及混合气的形成过程的精确控制是发挥汽油直喷技术优势的关键点。深入理解燃料的喷雾特性能为GDl发动机的自主开发提供理论依据。Wang等人采用了阴影法拍摄矩形、方形和三角喷孔的射流的发展过程(喷射压力482.6kPa),其中三角形喷孔射流的破碎速度率最为明显，而其的射流破碎长度最短。KU等人研究发现，在喷射压力为108MPa的条件下，相比圆孔，椭圆喷孔的喷雾贯穿距离更短，喷雾锥角增大，燃油雾化质量提升。DOlatabadi采用了高速摄影的方法，在低喷射压力的条件下，测试了有

13、效直径为0.3mm的圆孔、方形、矩形和三角形喷孔的射流破碎特性，发现了采用非圆喷孔可以有效提高射流的破碎速度，能缩短破碎长度，在促进燃油雾化方面很有潜力。Sharma等人，在喷射压力为100MPa的条件下，测量了圆孔、椭圆、三角以及矩形喷孔的雾化特性参数，发现了椭圆喷孔喷雾锥角和喷雾油束投影面积最大。1.1.2国内研究情况张丹等人为了探究在高喷射压力下GDl喷油器的喷雾宏观特性，采用了阴影法对喷射压力为560MPa的喷雾进行测量，并分析喷射压力对油束发展历程、喷雾锥角、贯穿距离、喷雾面积以及喷油器尾喷现象的影响。得出了随着喷射压力增大，喷油器孔内外压力差增大，燃油经过喷孔的速度变大，瞬时喷油率

14、增加，喷出的燃油具有较大的初速度，与环境气体的卷吸作用增强，加快燃油的扩散速度，同时喷射压力的增大也能够强化喷油器内部的湍流，加剧喷孔内部燃油的空化作用，增加油束的不稳定性，并促进油束的初次破碎，因此喷雾面积随喷射压力的增大有所增加。但喷雾面积随着喷射压力增大的增幅在不断地减小，这是由于喷射压力的增大能够促进液滴的破碎，加快燃油的蒸发速度，使得油束外围液滴转变为气态的时间缩短。这说明了提高喷射压力能够明显地增大燃油在气缸内的分布范围，有利于在较短时间内形成均质混合气。徐宏明等人在定容弹中利用高速摄影技术和相位多普勒粒子测试技术(PDPA)研究了背压、喷射压力和喷射脉宽对汽油直喷发动机多孔喷油器

15、喷雾特性的影响，得到了不同位置油滴速度和粒径的相关性，并利用了ReitZ等门提出的液滴袋状破碎标准理论(WeD12)展开分析。15mm位置处的油滴直径分布在020m处，部分油滴出现在韦伯数大于12的范围，就可能继续发生破碎；30mm位置处的2040m间油滴的数量增多，韦伯数大于12的油滴数量减少；40mm位置处，韦伯数大于12的油滴则更少，同时在2040m处的油滴明显增加.随着测量位置逐渐远离喷油器，韦伯数大于12的油滴逐渐减少，证明了破碎过程仍然在发生，但是在2040即）处的油滴数量增加意味着油滴间聚合程度增强，由此导致SMD随测量位置的远离喷油器而逐渐增大。1.2 本课题研究的主要内容面对

16、史上最严的国VI排放标准和日渐严苛的油耗（C02排放）法规挑战,实现高效清洁燃烧的诉求与日俱增。加强GDl燃油喷射系统相关的流动及雾化机理研究，为形成具有知识产权的GDI燃油喷射系统提供理论基础与技术源头。本课题拟设计满足高压GDI喷雾性能测试要求的测量装置，并搭建测试平台，实现喷雾破碎特性和射流初次雾化性能测试与分析，为高压GDI喷射系统性能提升提供试验依据。第二章.高压GDI喷雾特性测装置的构建本实验采用的高压喷雾特性光学诊断测试平台如图1所示，可获得高清晰度的喷雾图像。试验系统主要由GDI燃油供给系统、喷雾光学诊断测试系统、控制系统，定容弹、图像采集系统组成。图2.1高压喷雾特性光学诊断测试平台2.1GDl燃油供给系统