應(yīng)用113B26測(cè)量柴油機(jī)燃油噴射動(dòng)量變化率

噴射率和動(dòng)量變化率是描述噴油嘴噴射過(guò)程的重要特征量，噴射率是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)噴油嘴的燃油質(zhì)量，用于精確表征發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中燃油進(jìn)入氣缸的瞬態(tài)量，動(dòng)量變化率用于描述燃油的混合程度。例如，動(dòng)量變化率越高，則油氣混合速度就能越快。此外，噴射率也是發(fā)動(dòng)機(jī)流體仿真動(dòng)力學(xué)（CFD）的重要輸入參數(shù)，結(jié)合動(dòng)量變化率，噴嘴流量系數(shù)，可以更好地表示噴油嘴的邊界條件。
過(guò)去通常用噴油嘴排氣速度曲線來(lái)表征噴射率，也就是博世法（Bosch method），而動(dòng)量變化率通常通過(guò)沖擊技術(shù)來(lái)測(cè)量，將燃油噴射到壓電傳感器的表面測(cè)量其動(dòng)態(tài)沖擊力。噴射率也可以由噴射出的燃油混合液的質(zhì)量及其動(dòng)量變化率推算得出，兩者的時(shí)域曲線是相似的。對(duì)于博世法，測(cè)量動(dòng)態(tài)變化率是更好的選擇，因?yàn)榭梢缘玫礁?a target="_blank">信息。結(jié)合總噴射量的測(cè)量，還可以通過(guò)動(dòng)量變化率定量噴油嘴流量系數(shù)。

背景知識(shí)

噴油嘴噴管流量通常由動(dòng)量變化率來(lái)表述，定義Mf為動(dòng)量變化率， mf為噴射率，噴油嘴流量系數(shù)如排氣量Cd，速率Cv，收縮面積Ca，在這個(gè)應(yīng)用中，動(dòng)量變化率是通過(guò)沖擊技術(shù)來(lái)測(cè)量的，然后推算出噴射率，因?yàn)閮烧叩臅r(shí)域譜曲線是相同的，如式（1）所示。

通過(guò)測(cè)量總噴射量m，噴油嘴數(shù)量為N，噴孔數(shù)量為nholes，單個(gè)噴油孔的噴射率為：

理論速率uth,燃油混合氣噴離噴油孔的速度，可由噴油壓力Pinj,環(huán)境壓力Pamb，燃料密度ρf，根據(jù)伯努利方程：

速度系數(shù)表示燃油流速損失（由于燃油粘性，湍流以及空化效應(yīng)），同樣地，定義有效流動(dòng)面積為Aeff：

Ageo為噴射孔的幾何面積，面積系數(shù)是指孔流或空穴流動(dòng)面積縮小，代表通過(guò)噴嘴后減少的燃油質(zhì)量，請(qǐng)注意此分析只適用于噴射期間準(zhǔn)穩(wěn)定部分。

傳感器選擇
牛頓第二定律指出，物體動(dòng)量的變化率等于作用在物體上所有外力的合力，即在碰撞現(xiàn)象中，物體動(dòng)量的改變尤為明顯。想要測(cè)量動(dòng)量變化率，只需要測(cè)量物體受到的外力即可，通常情況下，動(dòng)態(tài)力傳感器和壓力傳感器都是很好的選擇。

選擇傳感器時(shí)，三個(gè)參數(shù)尤為關(guān)鍵，即軸向加速度靈敏度，共振頻率和溫度靈敏度。軸向加速度靈敏度是指當(dāng)傳感器的敏感元件受到軸向加速時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的信號(hào)，諧振頻率fn是指?jìng)鞲衅黜憫?yīng)頻率的上限，事實(shí)上，通常fn/5頻響時(shí)會(huì)有5%的偏離，該值被當(dāng)作傳感器的上限響應(yīng)頻率。假如一個(gè)沖擊力頻率非?？?，可能會(huì)激起傳感器共振而產(chǎn)生錯(cuò)誤的信號(hào)，假設(shè)一個(gè)傳感器的諧振頻率為50kHz，需要沖擊力的頻率為1/(fn/5)=100μs時(shí)，才能激起傳感器共振產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。由于大部分噴油嘴的開閉都非?？欤ù蜷_時(shí)間在100μs左右），所以有激起傳感器共振的可能性。其次，溫度靈敏度指當(dāng)傳感器受到外圍高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)漂移的現(xiàn)象，這個(gè)參數(shù)非常重要，因?yàn)閯?dòng)量變化率測(cè)量通常都是在超過(guò)100℃的環(huán)境中進(jìn)行。

傳感器安裝

將測(cè)量動(dòng)量變化率的沖擊傳感器安裝在噴射軸線上，傳感器的敏感面與噴射軸線垂直，并與噴孔距離5mm。通過(guò)113B26測(cè)量出噴射壓力，再將壓力乘以傳感器的膜片面積，既可得到噴射動(dòng)態(tài)沖擊力。

PCB?113B26傳感器介紹

PCB?全系列壓電式壓力傳感器具有快速、微秒級(jí)的響應(yīng)范圍，且可測(cè)量幅值和頻響寬，能應(yīng)用于高溫，高頻響應(yīng)的測(cè)試中，包括壓縮、脈動(dòng)、浪涌、液壓與氣壓波動(dòng)、高強(qiáng)度聲音、流體噪聲檢測(cè)、振動(dòng)與爆炸沖擊波、彈道、爆炸元件測(cè)試（如雷管、爆炸螺栓）、封閉的炸彈威力研究以及其它動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試。

審核編輯：郭婷