刘松，张书义，曹汝恒，曹建明（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）



全自动化喷雾实验系统的可行性设计

刘松，张书义，曹汝恒，曹建明
（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

摘要：随着科学技术的发展，计算机自动化控制技术可以广泛的运用在喷雾系统当中。文章主要介绍了自动化喷雾系统实验设备的基本结构，大致的工作流程和原理，以及可运用发展趋势。

关键词：自动化；喷嘴；喷雾；基本结构

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U464.236Document Code: AArticle ID: 1671-7988（2016）05-146-03

前言

环境的污染对人类的日常生活与生产带来了很大的危害，尤其在汽车发动机尾气排放物这一方面。如果能够通过优化燃料与空气混合过程来改善发动机的燃烧，将能够有效的降低发动机有害物质的排放。

目前对喷雾及混合气形成过程的研究大部分集中在简单的、功能单一的定容弹中。计算机自动化运用的领域越来越广，如果将计算机与喷雾实验系统相结合，将会对整个喷雾试验领域产生重大的影响。国内天津大学、西安交通大学、长安大学、江苏大学等也有一定的相关研究。

1、基本结构

1.1传统的喷雾实验设备

传统的喷雾实验设备大致包含有定容弹、马尔文粒度分析仪、氮气瓶、各种型号喷嘴等。

1.1.1马尔文粒度分析仪

马尔文粒度分析仪，是喷雾系统中重要的测量装置，其Spraytec激光衍射系统可对喷雾剂颗粒及喷雾液滴粒度分布进行实时测量，使喷雾剂与气雾剂产品开发更高效。

1.1.2容弹

容弹装置如图1所示，是喷雾系统中另一个重要的装置。定容燃烧弹主要模拟活塞在上止点附近发动机的燃烧情况，具有结构简单、易于研究单一参数的变化对燃烧过程的影响等优点，可用于深入研究内燃机的燃烧过程，为发动机关键技术的研制和开发提供必要的试验数据。

图1

1.2新型的喷雾试验系统

新型的全自动化喷嘴喷雾试验系统如图2所示。这种喷雾试验系统主要将传统的喷雾实验设备有效的整合在一起，并通过计算机全程自动化控制。

该系统大致包括四个部分，分别为气油压力调节分配装置、自动喷嘴装置、容弹、清理除污装置。

图2

1.2.1气油压力调节分配装置

气油压力调节分配装置是该系统的重要组成部分之一。传统的燃油供给一般由外置的高压油泵提供，而高压油泵对传动系统的安装和对自身的加工精度有一定的较高要求。新型的气油压力调节分配装置不仅能够满足一定油气压力的供给而且能够通过计算机按所需要求自动分配到各个工作设备中去。

该装置大致由一些基本的部分组成，包含油压泵、气压泵、气油压力分配器、输入输出管道、控制单元、反馈调节单元、传感器等。

1.2.2自动喷嘴装置

自动喷嘴装置对于该系统的燃油喷射雾化质量至关重要。一个好的燃烧系统要求喷射的油束、燃烧室内的气流运动和燃烧室结构配合要好，以保证良好的雾化质量和燃料液滴在整个燃烧室中的均匀分布。在新产品的试制过程中，往往需要对喷射装置做大量的调试，才能达到设计指标；在使用过程中，由于喷射装置的故障使燃烧装置性能下降，甚至不能运转。所以，喷嘴装置是影响整个实验装置设计指标的关键部件之一。

该装置大致包含喷油器自动更换系统、基本的实验喷油器、输油管道等。

1.2.3容弹

容弹是该实验装置系统喷雾测试的主体结构，喷油器的喷雾就是在这里完成。对于新型容弹的设计有严格的要求：

（1）具有良好的物理化学特性，耐压、耐高温、保持实验所需压力和温度。

（2）具有良好的实验操作性，合适的观察窗口、高度、体积。

（3）具有良好的工艺性，加工方便，简单。

（4）具有良好的经济性，降低实验成本。

该容弹装置大致包含石英玻璃、容弹体、状态信息采集传感器等。

1.2.4清理除污装置

传统的容弹清洁是靠人工完成的，在试验中容弹的清洁非常麻烦，往往需要将整体部分拆开，拆装比较繁琐。而且在清理的过程中容弹体不容易清理干净，石英玻璃也可能被刮花。而新型的自动除污装置不需要频繁的拆装，根据实验的需要适时的通过计算机调节清理，并且该装置还带有一定的卸污通道，打开后便可将油污排出干净。这一过程将大大的提高工作效率，很好的促进实验的进行。

2、工作流程和原理

2.1实验装置的连接

新型的喷雾试验系统如图3所示，是由四个独立的部分组合在一起，它是作为一个整体。该喷雾系统的左边有一系列的接口单元，油气接口和电路接口。实验开始前分别将氮气瓶管口和油箱管口连接到对应的接口单元中去。同时将计算机电源和数据线连接到电路接口中去。剩下的就是按照操作要求将粒度测试仪摆放到正确测试位置并且连接好计算机。

2.2实验装置的调试

打开计算机电源和喷雾系统设备开关，查看电路连接是否正常，各信号指示灯是否出于正常状态。

打开氮气瓶阀门，油路开关，通过计算机软件来调试气油压力调节装置，计算机给出一定的压力值，通过控制单元来调节气油压力，并通过反馈控制单元及时反馈给计算机，对控制压力做出判断并调整。如果在这一过程中出现漏油、漏气，则相应的传感器会及时做出判断，并给出警告。

通过计算机控制，使喷油器自动更换系统工作，通过逐一的更换喷油嘴，来确保设备能够正常工作，也可以尝试进行预喷射来确保油路的通畅和能够按给定的压力工作。

容弹是整个喷雾实验测试的场所，除了保证观察窗口的清洁外，还需要通过传感器来测试密封性。这一调试过程同样是在计算机的参与下完成的。

清理除污装置的调试相对来说比较简单。通过计算机确保其能够正常工作就可以了。

2.3实验装置的工作

打开马尔文粒度分析仪，使其处于正常工作状态。通过计算机，给出一定气体压力值，按照实验数据要求使气体充入到容弹环境中。计算机选出所需试验用喷油嘴，并将一定燃油压力值通过喷嘴喷射到容弹中，粒度分析仪测试进行测试，反馈单元及各种传感器正常反馈调节。实验数据通过相应的软件进行分析、处理，最后被用来进行讨论、研究。

3、结论

本文主要围绕新型化全自动喷雾实验装置系统来介绍这一新型设计，通过研究大致可以得到以下几点：

（1）研制成功一种新型化的喷雾实验装置，该装置采用模块化设计思想，使其具有良好的适应性和改造升级潜力。新型化的喷雾实验装置能够很好的完成相关的喷雾试验要求。通过计算机全程精准的控制，不仅能够得到较准确的实验数据，而且操作可重复性强，节省人力和减少资源浪费等。

（2）随着计算机自动化的普及，对于喷雾试验这一领域，其未来试验装置要求会越来越高。其中不可忽略的一点就是喷雾试验系统的自动化，可以预测到未来新型化喷雾试验系统将具有良好的发展趋势和运用前景，而本文对未来新型喷雾试验装置的研究和改进将具有重要的指导意义。

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The feasibility design of the full automatic spray experiment system

Liu Song, Zhang Shuyi, Cao Ruheng, Cao Jianming
( automobile college, Chang'an University, Xi'an, Shaanxi 710064 )

Abstract:With the development of science and technology, computer automation and control technology can be widely used in spray systems.This paper mainly describes the basic structure of the automated test equipment spray system, generally workflows and principles, as well as its trends.

Keywords:Automation; Jet; Spray; Basic structure

中图分类号：U464.236文章编码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-146-03

作者简介：刘松，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，流体机械及工程专业。张书义，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院硕士研究生，流体机械及工程专业。曹汝恒，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，动力机械及工程专业。曹建明，教授，就职于长安大学。